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摘要：矿井提升机是是煤矿“四大运转设备”之一，其电力传动特性复杂，电动机频繁正、反向运行，经常处于过负荷运转和电动、制动不断转换的状态中；它的安全性、可靠性亦是至关重要，交流电动机变频技术已日趋完善，变频调速器用于交流异步电动机调速，已成为电动机调速节能最主要的技术。本文主要探讨变频调速节能技术及其煤矿企业中的应用
关键词：变频调速；节能；电动机
中图分类号：U264.91+3.4文献标识码： A 文章编号：
随着现代科学技术的进步，现代化矿井的建设，以及对作业人员的生命更加重视，对矿井提升机的安全可靠性提出了更高的要求。近年来，我国有关部门在提升机安全方面做了大量工作，使矿井提升机设备的安全可靠性有了长足进步，并将“可靠性系统工程”的理念引入了礦井提升机领域，与之相适应，提升机对其电控系统安全可靠性的要求也愈来愈高。因此，在设计矿井提升机时，总是把安全性、可靠性放在首要位置。就其本质而言，提升机电控系统的高可靠性主要表现在两个方面：一是电控装置本身质量好，故障率低；二是电控系统出现故障后应能根据故障性质及时进行保护，并能对故障内容进行记忆和显示，以便能迅速排除[1]。
1变频器与节能
变频器主要用于交流电动机(异步电动机或同步电动机)转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案。除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自20世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。在电力、纺织与化纤、建材、石油、化工、冶金、市政、造纸、食品饮料、烟草等行业及公用工程(中央空调器、供水、水处理、电梯等)中，变频器都在发挥着重要的作用。
变频器产生的最初用途是速度控制，但目前在国内应用较多的是节能。中国是能耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足。在国家每年的电力消耗中，60％～70％为动力电，而在总容量为5．8亿千瓦的电动机总容量中，只有不到2000万千瓦的电动机是带变频控制的。据市场研究报告分析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电动机至少有1.8亿千瓦。因此，国家大力提倡节能措施，并着重推荐了变频调速技术。
应用变频调速可以大大提高电动机转速的控制精度，使电动机在最节能的转速下运行。以风机水泵为例，根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需风量减少、风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。因此，精确调速的节电效果非常可观。与此类似，许多变动负载电动机一般按最大需求来牛产电动机的容量，故设计裕量偏大。而在实际运行中，轻载运行的时间所占比例却非常高。如采用变频调速，可大大提高轻载运行时的工作效率。因此，变动负载电动机的节能潜力巨大[2]。
2变频调速技术的节能原理与负载关系
据统计全国每年的发电量有一半消耗在电机上，其中绝大部分的电机为结构简单、方便实用、维修量很少的鼠笼式电机，例如各种泵的电机、制冷式压缩电机，多功能天车、加料小车传动电机，各种输送电机等。
变频调速系统的突出优点是调速效率高，启动能耗低，调速范围宽，可实现无级调速，动态响应速度快，调速精度很高，操作简便，且易于实现生产工艺控制自动化。此外，在装置发生故障后能自动投入工频运行，不会影响生产作业，这是该系统最显著的优点。由于调速性能优于其他调速技术，安装场地条件又比较灵活，适用于要求调速范围宽、起停频繁、较长时间低速运行的场合，节电率一般在15%-30%，是市场需求增长最快的调速方式。
随着电力电子技术的迅速发展，高压变频调速技术将逐步能够做到按电路最优化原则方便地选择元件，从而可以将精力更好地放在提高产品性能以及优化控制方式上。高压变频器在电厂的应用还远远没有展开，要充分认识采用变频调速技术的必要性和重要性还需各界人士共同努力，变频装置涉及工艺、热控和电气等各个专业，只有通力合作，才能更好地应用。
3变频调速在节能领域的应用
当然变频调速的节能效果也视其负载决定，在恒功率负载时(即在基频以上工作)，转矩大致上与速度成反比。矿井提升机电控系统中有各种保护，如过卷、松绳、制动油过压、脚踏制动、闸瓦保护，超速、低速保护等，提升机在运行中，它们始终监视提升机的安全运行，如有上述不正常的状态，即会发出报警声光信号并紧急制动，以确保提升的安全。
3.1深度指示器失效保护
提升机的多种保护都是以行程为依据的，深度指示器的失效将会导致多种保护失效，因此，必须设置深度指示器失效保护。具体的实现方法是：在电机起到后，系统累加各个采样周期内旋转编码器发送的脉冲数，并在采样之前和采样之后对该值进行比较，如果该值无变化，则定义为深度指示器失效。出现深度指示器失效故障时，系统首先判断提升容器是否已经进入爬行区，如果尚未进入爬行区，则发出声光报警信号，提醒司机；如果已进入爬行区，则进行安全制动，同时声光报警[3]。
3.2等速段超速保护
提升系统的等速段超速保护是当速度检测机构测得的提升机速度超过额定速度的15%时，安全回路等速超速继电器动作，断开安全回路，进行紧急制动。因为等速段提升容器运行速度较高，紧急制动时造成的冲击对提升系统的危害很大。因此，在设置等速段保护时按两个阶段进行：当超速 10%且超过设定时间，系统发出声光报警信号，提醒司机进行制动；当运行速度下降至正常等速段速度时，声光报警信号自动解除；若司机未采取相应措施，提升速度仍未降低进而超速 15%，经运算判断且超过设定时间后，安全继电器动作，进行安全制动，这样可有效减少紧急制动造成的危害[4]。
3.3减速段超速保护
在整个提升机运行过程中，减速段是非常关键的阶段，提升事故多发生在减速点以后的行程段。提升机能否安全到达指定位置停车，关键是从减速点开始，是否按照给定的减速度减速。PLC 对提升容器的运行速度不断采样，并将采样速度同其内部给定速度进行比较，当采样速度超过给定速度的 10%时，PLC 控制系统报警并对提升机进行安全制动。
4结论
节能降耗是降低生产成本的重要手段，降成本是提高产品竞争力的有效手段。采用新产品新技术对设备进行改造是各个厂家所关注和了解的，变频调速就是这样一种新技术、新产品，利用它可以改造供水系统或供料系统，起到显著的节能效果，并且达到改善工艺条件的目的。
参考文献：
[1]毛银伟，李文渊等. 一种5GHz WLAN CMOS正交调制器和上变频器的设计[J].微电子学，2007 (07)：99-104.
[2]初宪武，李文，郑士富. 基于PM50RSA120的小型通用变频器实用电路设计[J]. 国外电子元器件，2007(02)：77-81.
[3]蔡士齐. 感应电动机传动和变频器应用技术. 北京：机械工业出版社，2008. 1.
[4]关永晋. 变频调速技术在生产中的节能应用[J]. 甘肃冶金，2009.12.
关键词：变频调速；节能；电动机
中图分类号：U264.91+3.4文献标识码： A 文章编号：
随着现代科学技术的进步，现代化矿井的建设，以及对作业人员的生命更加重视，对矿井提升机的安全可靠性提出了更高的要求。近年来，我国有关部门在提升机安全方面做了大量工作，使矿井提升机设备的安全可靠性有了长足进步，并将“可靠性系统工程”的理念引入了礦井提升机领域，与之相适应，提升机对其电控系统安全可靠性的要求也愈来愈高。因此，在设计矿井提升机时，总是把安全性、可靠性放在首要位置。就其本质而言，提升机电控系统的高可靠性主要表现在两个方面：一是电控装置本身质量好，故障率低；二是电控系统出现故障后应能根据故障性质及时进行保护，并能对故障内容进行记忆和显示，以便能迅速排除[1]。
1变频器与节能
变频器主要用于交流电动机(异步电动机或同步电动机)转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案。除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自20世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。在电力、纺织与化纤、建材、石油、化工、冶金、市政、造纸、食品饮料、烟草等行业及公用工程(中央空调器、供水、水处理、电梯等)中，变频器都在发挥着重要的作用。
变频器产生的最初用途是速度控制，但目前在国内应用较多的是节能。中国是能耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足。在国家每年的电力消耗中，60％～70％为动力电，而在总容量为5．8亿千瓦的电动机总容量中，只有不到2000万千瓦的电动机是带变频控制的。据市场研究报告分析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电动机至少有1.8亿千瓦。因此，国家大力提倡节能措施，并着重推荐了变频调速技术。
应用变频调速可以大大提高电动机转速的控制精度，使电动机在最节能的转速下运行。以风机水泵为例，根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需风量减少、风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。因此，精确调速的节电效果非常可观。与此类似，许多变动负载电动机一般按最大需求来牛产电动机的容量，故设计裕量偏大。而在实际运行中，轻载运行的时间所占比例却非常高。如采用变频调速，可大大提高轻载运行时的工作效率。因此，变动负载电动机的节能潜力巨大[2]。
2变频调速技术的节能原理与负载关系
据统计全国每年的发电量有一半消耗在电机上，其中绝大部分的电机为结构简单、方便实用、维修量很少的鼠笼式电机，例如各种泵的电机、制冷式压缩电机，多功能天车、加料小车传动电机，各种输送电机等。
变频调速系统的突出优点是调速效率高，启动能耗低，调速范围宽，可实现无级调速，动态响应速度快，调速精度很高，操作简便，且易于实现生产工艺控制自动化。此外，在装置发生故障后能自动投入工频运行，不会影响生产作业，这是该系统最显著的优点。由于调速性能优于其他调速技术，安装场地条件又比较灵活，适用于要求调速范围宽、起停频繁、较长时间低速运行的场合，节电率一般在15%-30%，是市场需求增长最快的调速方式。
随着电力电子技术的迅速发展，高压变频调速技术将逐步能够做到按电路最优化原则方便地选择元件，从而可以将精力更好地放在提高产品性能以及优化控制方式上。高压变频器在电厂的应用还远远没有展开，要充分认识采用变频调速技术的必要性和重要性还需各界人士共同努力，变频装置涉及工艺、热控和电气等各个专业，只有通力合作，才能更好地应用。
3变频调速在节能领域的应用
当然变频调速的节能效果也视其负载决定，在恒功率负载时(即在基频以上工作)，转矩大致上与速度成反比。矿井提升机电控系统中有各种保护，如过卷、松绳、制动油过压、脚踏制动、闸瓦保护，超速、低速保护等，提升机在运行中，它们始终监视提升机的安全运行，如有上述不正常的状态，即会发出报警声光信号并紧急制动，以确保提升的安全。
3.1深度指示器失效保护
提升机的多种保护都是以行程为依据的，深度指示器的失效将会导致多种保护失效，因此，必须设置深度指示器失效保护。具体的实现方法是：在电机起到后，系统累加各个采样周期内旋转编码器发送的脉冲数，并在采样之前和采样之后对该值进行比较，如果该值无变化，则定义为深度指示器失效。出现深度指示器失效故障时，系统首先判断提升容器是否已经进入爬行区，如果尚未进入爬行区，则发出声光报警信号，提醒司机；如果已进入爬行区，则进行安全制动，同时声光报警[3]。
3.2等速段超速保护
提升系统的等速段超速保护是当速度检测机构测得的提升机速度超过额定速度的15%时，安全回路等速超速继电器动作，断开安全回路，进行紧急制动。因为等速段提升容器运行速度较高，紧急制动时造成的冲击对提升系统的危害很大。因此，在设置等速段保护时按两个阶段进行：当超速 10%且超过设定时间，系统发出声光报警信号，提醒司机进行制动；当运行速度下降至正常等速段速度时，声光报警信号自动解除；若司机未采取相应措施，提升速度仍未降低进而超速 15%，经运算判断且超过设定时间后，安全继电器动作，进行安全制动，这样可有效减少紧急制动造成的危害[4]。
3.3减速段超速保护
在整个提升机运行过程中，减速段是非常关键的阶段，提升事故多发生在减速点以后的行程段。提升机能否安全到达指定位置停车，关键是从减速点开始，是否按照给定的减速度减速。PLC 对提升容器的运行速度不断采样，并将采样速度同其内部给定速度进行比较，当采样速度超过给定速度的 10%时，PLC 控制系统报警并对提升机进行安全制动。
4结论
节能降耗是降低生产成本的重要手段，降成本是提高产品竞争力的有效手段。采用新产品新技术对设备进行改造是各个厂家所关注和了解的，变频调速就是这样一种新技术、新产品，利用它可以改造供水系统或供料系统，起到显著的节能效果，并且达到改善工艺条件的目的。
参考文献：
[1]毛银伟，李文渊等. 一种5GHz WLAN CMOS正交调制器和上变频器的设计[J].微电子学，2007 (07)：99-104.
[2]初宪武，李文，郑士富. 基于PM50RSA120的小型通用变频器实用电路设计[J]. 国外电子元器件，2007(02)：77-81.
[3]蔡士齐. 感应电动机传动和变频器应用技术. 北京：机械工业出版社，2008. 1.
[4]关永晋. 变频调速技术在生产中的节能应用[J]. 甘肃冶金，2009.12.