交流异步电动机在煤矿的应用研究

实践运用

交流异步电动机在煤矿的应用研究李林海（山西义棠煤业有限责任公司，山西介休032000）

摘要：变频控制技术是一种伴随着计算机技术和自动控制技术等发展起来的一种先进的控制技术，也是改善设备运

行环境，提升设备技术水平的一种有效手段。结合交流异步电动机变频调速的基本原理，对其在煤矿中的应用情况进行了分析和讨论。

关键词：交流异步电动机；变频调速；煤矿；应用中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：2095-0802-(2018)07-0183-02

ApplicationofACAsynchronousMotorinCoalMines(YitangCoalIndustryCo.,Ltd.ofShanxiProvince,Jiexiu032000,Shanxi,China)

Abstract:Frequencyconversioncontroltechnologyisakindofadvancedcontroltechnologydevelopingalongwithcomputertec-hnologyandautomaticcontroltechnology.Itisakindofeffectivemeanstoimprovetheoperationenvironmentofequipmentandenhancethetechnologyofequipment.ThispaperanalyzedanddiscussedtheapplicationofACasynchronousmotorsincoalminesbasedonthebasicprincipleofvariablefrequencyandspeedcontrolofACasynchronousmotors.Keywords:ACasynchronousmotor;variablefrequencyandspeedcontrol;coalmine;application

LILinhai

0引言

SRc

R1R2可持续发展背景下，越来越多的行业和领域都开始实施节能降耗措施，以降低能源消耗、减少环境污染，煤矿产业自然不例外。作为传统化石能源中应用最为广泛的一种，煤炭资源与社会生产及人们的日常生活存在着非常密切的关联，其生产效率和生产安全也受到社会各界的关注。在煤矿生产中应用交流异步电动机的变频调速性能，可以有效提升各种设备的运行效果，减少电能浪费的现象。M3

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DSP

电压检测电流检测电流检测

1交流异步电动机变频调速基本原理

交流异步电动机在实际应用中相比直流电动机，其结构和操作简单、成本低廉及运行稳定性好，在传动领域得到非常广泛的应用。在交流异步电动机的各种调速方式中，变频调速凭借突出的性能得到广泛应用，同时也备受研究人员的重视。交流异步电动机变频调速系统的框架结构如图1所示。变频调速的基本原理是通过改变电动机定子供电频率的方式，实现对同步转速的改变，完成交流电动机调速。通过变频，可以有效调节负载，降低设备功耗，延长设备使用寿命，同时减少不必要的能源浪费问题[1]。变频调速具有良好的平滑性，而且动静态性能优秀，调速范围宽，属于一种高效率、高性能的理想调速方式。依照电机学原理，交流异步电动机的转速n（r/s）计算公式为：收稿日期：2018-05-03

作者简介：李林海，1962年生，男，山西介休人，2015年毕业于太原理工大学电气工程及自动化专业，工程师。

驱动电路

IPM故障保护

R、R1、R2.电阻；DSP.数字处理器；c.电源负极；S.电源开关；JTAG.国际标准测试协议，为一种通用接口形式；M3.异步电动机

图1交流异步电动机变频调速系统框架

n=n0(1-s)=60f1(1-s)，(1)p式(1)中，n0为交流异步电动机的同步转速，r/s；f1为定子供电频率，Hz；p为电动机极对数，可取1、2、3、…；s为转差率，一般为0.01～0.06。结合公式分析，如果能够连续改变定子供电频率f1，就能够实现电动机同步转速和轴上转速的平滑改变，完成异步电动机无极调速，这也是变频调速的基本原理。如果想要实现交流异步电动机无极调速，需要为其提供一个能够对电压和频率进行自由调节的电源，即通常说的变频器。一般情况下，变频器的变频可以分为两种不同的类型：a)交-交变频，也称直接变频，能够将50Hz的交流电直接转化为其他频率的交流电；b)·183·

2018年第7期2018年7月

交-直-交变频，需要首先将50Hz的交流电经整流后转化为直流，然后再由直流逆变后得到所需频率的交流电，在具体应用中，可以根据实际需求做出选择[2]。2交流异步电动机变频调速在煤矿的应用

在不断的发展过程中，交流异步电动机的变频调速技术已经在越来越多的行业中得到了应用，为节能控制提供了有效的方法和手段。结合流体力学定律分析，风机和泵类设备的负载同属于平方转矩负载，其转速与流量成正比，将变频调速技术应用到这些设备中，节电可以达到40%以上，而且具备优良的控制特性。在煤矿生产中，会用到各种各样的机电设备，如提升机、通风机、运输机等，这些设备的能耗巨大，都需要结合交流变频调速来实现节能。2.1在提升机中的应用在煤矿井下作业中，提升机主要负责物料和人员的升降，其对于矿井生产而言意义重大。矿井提升机传统的控制方法是以金属电阻带动电机动作，配合接触控制器或鼓形控制器切换电阻，实现调速目标。这种控制方法虽然有效，但是容易出现电阻过度消耗、严重发热的问题，同时调速范围较小，会导致精确性降低。在提升机下放或减速操作时，需要通过动力生成低频电源或直流电源，对于设备的冲击较大，可能会导致设备损坏，增加电能的消耗，影响矿山的生产安全。通过将变频调速技术应用到提升机驱动系统，可以实现无极平顺加速或减速，强化控制系统的性能，保证设备稳定可靠运行[3]。变频调速技术在提升机中的应用优势主要体现在以下几个方面：a)可以与编程器相互结合，通过指令变换，实现对电控系统中继电器逻辑关系的有效控制，完成梯形图与电路图的相互转换；b)只需要设置一定的外部线路就可以控制继电器，不仅减少了继电器的数量，也可以改善空间不足及故障频发的问题；c)在处理系统故障时，配合编程器及触摸显示屏，可以提升故障排查效率，简化故障处理流程，使技术人员更好地掌握电气设备和机械设备中的故障，保证设备稳定可靠运行；d)软停软起的方式能够有效消除电动机启动对于电网造成的冲击，将节电效果提高到30%以上。2.2在通风机中的应用通风系统是矿井的呼吸器官，其运行效果直接影响井下作业的安全，必须得到足够的重视。近年，中国煤矿进入深层开发阶段，矿井开采深度不断增加，受到的风压也随之增大，为了满足井下通风的需求，要求通风机具备较大的功率，但是这样不仅功耗会大大增加，而且在实际实施的过程中比较困难。对此，可以在通风机中引入变频调速技术，实现变频软启动，避免启动电流过大对电网设备的冲击，保证设备的运行安全，也可以根据具体的要求进行通风机启动和停止。一般情况下，在矿井开采过程中，通风机始终保持低速运行的状态，在需要提高风量时才会通过变频技术控制风量，能够在合理规避安全事故的同时延长通风机的使用时间[4]。2.3在空气压缩机中的应用空气压缩机能够为各类风动工具提供动力源，一般都是以交流电机拖动，在这种情况下，电机需要长期处于全速运行状态。空气压缩机压力控制在上下限之间，当交流电动机运行时，如果空气压缩机的气缸内部压力达到设定上限值，设备会关闭进气阀，不再产生压缩空间，此时的电动机运行在空载状态；如果空气压缩机的气缸内部压力降低到设定下限值，则会打开进气阀，产生压缩空气，此时的电动机运行在重载状态。但是在煤矿生产中，实际用气量不可能刚好与产气量相等，这样就会导致空气压缩机频繁处于加载和卸载状态，无论是对空压机本身还是电动机和电网都会产生巨大冲击。在引入压力反馈闭环控制的交流变频调速后，空压机能够根据用气量的数值随时调整设定值，实现压力闭环运行，依照用气量改变电动机运转速度，确保压缩空气能够实现恒压供应，从而有效减少启停次数，降低能耗和减轻机械磨损问题[5]。3结语

在市场经济背景下，煤矿企业想要获得更加稳定的发展，就必须做好节能降耗工作，降低生产成本。将变频调速技术应用到煤矿机电设备中，可以根据生产的实际需求合理应用电能，减少不必要的浪费现象，对于降低生产成本、提高生产效率、保障生产安全等都有非常积极的作用，应该得到煤矿企业管理层的高度重视。参考文献：［1］杨柳，阎有运，苏豪飞.变频器对三相异步电动机性能影响

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［2］张英楠.浅谈变频器节能及在煤矿中的应用［J］.蒲白科技，

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［3］于啸峰.基于PLC的煤矿提升绞车控制变频调速系统的应用

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［5］.变频调速技术在煤矿电机中的应用研究［J］.机械管

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（责任编辑：唐文艳）

（上接176页）参考文献：［1］朱磊.浅析目前我国煤矿防治水工作面临的困难与对策［J］.

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叙.水文地质对煤矿防治水工作的重要性分析［J］.山西

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（责任编辑：季鑫）

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