大功率变频器在煤炭生产中的应用与展望
时间：2021-02-11 12:02:56 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】2003年以来，煤炭行业经历了十年的健康发展，逐步淘汰落后产能，提升装备水平，提高生产效率。随着煤炭生产设备装机容量的提高，由于大功率的变频器在大功率电机启动控制和节能方面优势明显，得以在主通风机、胶带机、刮板机等设备上大量应用。本文介绍了大功率变频在煤炭行业的发展现状，阐述了大功率变频器在煤炭生产中的应用与优势，根据煤炭行业中使用大功率变频器存在的问题，分析了大功率变频器今后的发展方向。
【关键词】大功率变频器；煤炭生产；应用与展望
0 引言
在经济全球化的影响下，社会对能源的需求也随之增加，能源的过度开采、能源的浪费使用及对于能源的分配和使用效率较低的现状受到我国政府的高度重视。煤炭行业作为能源的主要的支柱，也存在这同样的问题。众所周知，煤炭行业的耗电量极大，用电成本占据了其开采成本的很大比例，随着煤炭行业生产力的不断加大，煤矿逐渐向大型化、规模化方向发展，其生产设备也变得自动化，大功率化，部分设备的使用功率也逐渐提升到1140V、3300V甚至更大。生产设备对电能的需求越大意味着会有很大部分的电能会被浪费，这样大大的提升了煤炭的生产成本，节约电能已经成为煤炭行业需要解决的重要问题。大功率的变频器的使用很好的解决了现有的问题，很大程度上解决了电能的浪费问题。在煤矿中的通风机、胶带机、主提升机、刮板运输机等设备上用用变频器，都会提高设备性能，改善工作条件，提高使用效率。随着我国科技的不断进步，利用大功率变频器能够改造煤炭行业、减少生产成本、创造效益，由于大功率变频器的对煤炭行业的特殊作用，使得变频器已经被各大煤矿广泛的应用。
1 大功率变频器的工作原理与分类
变频器是利用电子器件的接通与断开的作用，将工作电能频率变换为特定的使用频率的装置。大功率变频器主要控制器、冷却器和处理器等组成。控制器主要包括主电路和主电路，主电路包括整流器、滤波回路、逆变器和制动单元，整流器的功能是把工频电压变换为直流电压，其功率的传送是不可逆的，也就是说只能实现一个方向的变化，不能将直流电源变化为工频电源；滤波回路的功能是抑制整流器和逆变器中的直流电压产生波动；逆变器的作用与整流器相反，其功能是在在一定时间范围内，将控制开关有规律的开启和关闭，将现有的直流功率转变为生产设备所需的交流输出功率；异步电机在运行时会有再生能量的产生，制动单元的功能是消耗额外的多余功率，避免回路电压指数超过最大值。变频器的中的器件工作效率都是在一定温度内的达到最佳效果，冷却器的功能是防止变频器内温度过高，降低工作温度。
随着我国各行业对大功率变频器的广泛使用，市场上也销售着各种不同形式的变频器。根据不同的性能可以分为不同的变频器，根据输出电压的不同可以分为低压变频器、中压变频器和高压变频器，输出电压在1-500V为低压变频器，输出电压在500-10000V为中压变频器，输出电压在10000V以上的为高压变频器。根据电路形式可分为双交型变频器和交变交型变频器，双交变频器的特点是效率高，电压做得很高，且容量大，但这种变频器输出频率较低；交变交变频器主电路部分主要包括交流输入整流、平滑滤波和三相逆变电路三部分，在整流与逆变之间采用大电感作为中间直接滤波环节，组成电流源型变频器，在大型煤炭行业应用较为广泛。
2 大功率变频器在煤炭生产中的应用必要性
随着我国煤炭能源的需求增加，对煤矿的开采也逐渐加大，目前，我国的大小煤矿有两万多个，其中国有的大型煤矿有五千多个，大部分煤矿是在建国初期就已经开采，生产设备相对落后，设备运行时的耗电量太大，而且有部分电量都被浪费。由于煤矿的的建设时的工艺要求差异与煤矿的开采量范围较广，使得生产设备长期低负载、低效率工作。在煤矿行业中许多设备都需要大功率的变频器，以此调整启动电流、减小电能消耗，提高生产效率，增加设备的使用寿命，比如初期煤炭开采中使用的通风机，通风机总是被调整到使用的最大风力和风量，以达到最大距离的使用，而这样很大程度浪费电能成为普遍现象，而使用大功率变频器后，根据不同的使用距离，通过变频调速调整到相应的风力和风向。由此可以看出，大功率变频器避免了煤矿行业的电能浪费，减少生产成本。另外变频器还大量应用于胶带机驱动，目前使用的500kW变频器用于控制胶带机启动已趋于成熟，1000kW及以上变频器也逐步开始应用。应用在刮板运输机上的变频器、电机一体机容量已达到1200kW，实现了刮板机的软启动和变频调速。
3 大功率变频器在煤炭生产中的应用与优势
煤矿中的生产设备可分为固定设备、采掘设备、运输设备等。固定设备由通风机、排水泵和矿井提升机等组成；采掘设备由采煤机、刮板运输机、转载机、破碎机、液压支架、泵站、连采机、掘进机、掘锚机及后配套设备等组成；运输设备由胶带机、破碎机、防爆车辆、特种车辆等设备组成。随着煤炭行业的改造，其对生产设备的要求也逐渐加大，要求生产设备工作稳定性强、能自主节约能源、便于维护与维修等，大功率变频器应用在煤炭设备中具有许多优势。
3.1 大功率变频器在通风机的应用
主通风机是煤矿开采中重要的安全设备，它负责开采过程中的通风工作，是所有开采工作人员和煤矿安全的综合保障，对高瓦斯矿井尤为重要。随着煤矿设计产能的提高，许多大型煤矿的年产量达到1000万吨以上，主通风机容量达到500kW以上，但主通风机采用直接启动方式，这种启动的优点装置简便、设备成本较低，但是这种启动方式将会对电网造成巨大电流冲击，严重破坏了矿井供电安全性能。这种启动方式，主通风机的驱动电机电流并不是线性的，通常启动电流是额定电流的4-7倍，若频繁启动对电机伤害较大，在通风阻力复核较大情况下易发生堵转情况，且常常会受到自然变化和电网波动的影响，抗干扰能力很弱，不能满足现在生产的需求。通风机的控制电路并不是闭环控制，不能自动的完成风力和风向的调节，无法保证地下开采通风的稳定行，造成了严重的电能浪费。与此同时，为了工作人员与矿井的安全，通风机始终保持大功率工作状态，这样增大了通风机的机械磨损、减少了通风机的使用寿命、大大的降低了运行和工作效率。随着煤炭开采范围不断增加、煤炭岩层的不断延伸，风量和风压需求增加，必须通过调整风叶角度来调节，调整时间较长，期间造成单风机运转，对煤矿通风安全带来隐患，且按照风叶刻度调整对风量、负压不易掌握，不能满足生产的使用要求。大功率变频器在通风机上的应用使得面临的问题得到有效的解决，具体的优势主要表现在：
