變頻控製技術在田壩煤礦應用的前景分析
作 者 簡 介
姓 名：李和金
性 別：男
單位：雲南省田壩煤礦
出生年月：1964年10月
地 址：曲靖 宣威市田壩鎮 田壩煤礦
郵 編：655407
聯係電話（傳真）：0874·6131853（6131868）
電子郵箱：tmjlhj@163.com
摘要：交流電動機傳統的控製技術，既不節能、安全性能又不好。隨著變頻控製技術的開發和推廣，近年來，田壩煤礦在個別設備上，引進、改造使用了變頻控製技術。實踐證明，變頻控製技術在運行中節能、安全、故障少、成本低。本文從幾年來的使用情況進行03manbetx ，並且展望了前景，對田壩煤礦乃至其上級東源公司的決策，可能有一定的參考作用。對於不當之處、恭請同仁批評和指正。
關鍵詞：變頻控製技術田壩煤礦應用前景03manbetx
一概述
雲南省田壩煤礦屬於上世紀建設投入生產的煤礦企業，加之實際核定生產能力遠遠沒有達到設計能力，因此，很大一部分設備電動機都存在“大馬拉小車”的情況，雖然在本世紀初也購置了部份裝備，但是。大部分裝備的三相異步電動機都是傳統的控製係統，這些控製方式主要有降壓式軟起動、液力耦合器和直接起動。普遍存在著三個方麵的問題：一是設備起動過程中轉矩較小，運行過程中處於恒速運行狀態（提升機通過轉子投入/切除電阻有限地實現了一定的調速）；二是效率低下，運行維護成本及能耗較高；三是對設備的電氣和機械衝擊大，影響了設備的安全運行、縮短了它們的使用壽命。
隨著科學技術的不斷進步，變頻控製技術日益成熟和推廣應用。田壩煤礦結合自身的實際情況，通過反複調研和03manbetx ，循序漸進、因地製宜、對個別設備對症下藥引進使用了變頻控製技術，進行了技術改造。具體情況是：2009年10月份，更新了二號井的空壓機，新購置了3台型號是AEDV250A的變頻控製螺杆式空壓機，淘汰了4L-40/8型號的活塞式空壓機；2014年12月份，對二號井副井多繩摩擦提升機JKMK/J-B-10·I型號的電控係統進行了技改，更換為型號是ZTK(P)提升機雙PLC高壓變頻電控係統；2015年8月份，對二號井井下的電阻調速防爆絞車電控係統進行技改，更新為BPJ係列礦用隔爆兼本質安全型交流變頻器控製係統。
二交流異步電動機變頻控製的基本原理
根據《電工學》知識，三相交流異步電動機的電機方程式如下，
n = 60f/p×（1-s）= n0（1-s）
式中：
n------電動機轉速；
n0------同步轉速，（2極電動機為3000轉/分、4極電動機為1500轉/分、6極電動機為1000轉/分、8極電動機為750轉/分）；
s------轉差率，同步電動機為0；
f------三相交流電供電頻率，中國標準是50Hz；
p――電動機磁極對數。
從以上公式可以看出，三相交流異步電機能夠通過改變供電頻率、電機繞組、改變轉差率的方式進行調速。
變頻調速即為改變供電電源的頻率調速方式。通過改變頻率，即可得到不同的機械特性曲線。變頻調速采用矢量控製。
矢量控製的基本原理是通過測量和控製異步電動機定子電流矢量，根據磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉矩電流進行控製，從而達到控製異步電動機轉矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產生磁場的電流分量(勵磁電流)和產生轉矩的電流分量(轉矩電流)分別加以控製，並同時控製兩分量間的幅值和相位，即控製定子電流矢量，所以稱這種控製方式稱為矢量控製方式。矢量控製方式又有基於轉差頻率控製的矢量控製方式、無速度傳感器矢量控製方式和有速度傳感器的矢量控製方式等。
根據三相交流異步電動機的電機方程，如果電動機的轉差率為0，則電動機的轉速就達到相應極數的同步轉速。
根據三相交流異步電動機的電機方程，如果供給電動機電源的頻率發生變化，則電動機的轉速也就相應地變化。變頻調速即為改變供電電源的頻率調速方式，通過改變頻率，可得到不同的機械特性曲線，變頻調速采用矢量控製，這就是變頻調速控製係統的基本原理。基於這個理論基礎，近年來，各種功率的高、低壓變頻控製係統裝備被被開發出來、推廣和應用。
三田壩煤礦應用變頻控製的實際情況
從2009年開始，田壩煤礦分別在地麵空壓機、地麵和井下提升機改造使用了變頻控製技術。雖然變頻控製技術裝備的電壓等級不同、製造廠家不同，但是通過實際使用，變頻控製技術的優點都大同小異，反映在以下幾個方麵：
（一）改善了設備的起動性能，設備起動時不僅起動轉矩大，而且起動電流小，特別是對提升機的控製，使提升機平滑起動和運行，減少了機械衝擊。
（二）設備運行中，動態轉矩響應性好，調速精度高。
（三）位能負載，恒轉矩調速，也就是設備帶負荷運行中調速時，保持了轉矩不受影響。
（四）由於變頻器采用了AEF可控前端整流技術，所有能量可以在電網和電機之間雙向流動，很好的提高了電能的利用率，節能效果明顯（詳細的計算和論證在後麵專門介紹）。
（五）達到了無級調速。起動、調速既操作非常方便，又調速範圍較大，而且平滑性極高。
（六）變頻控製係統性能穩定、故障率少，運行成本和維護成本低廉、維護簡單。
四田壩煤礦尚需進行變頻技改的主要設備介紹以及前景趨勢
目前，田壩煤礦還有絕大部分設備沒有使用變頻調速控製技術，這些設備是主要通風機，6台；瓦斯抽放泵，4台；提升機3台；主要膠帶輸送機，1台；主要排水泵，3台。這些設備總的裝機容量是5144 kW（實際使用容量2902 kW），如果都改造為變頻控製係統，那麼，節約的電能都是相當可觀的，下麵分別進行計算和論證。
通過對田壩煤礦副井JKMD-2.25型號提升機改造前後的電耗統計對比計算的結果是：改造為變頻控製係統之後節約了50%；此外，根據網上經驗介紹：變頻器調速比傳統的電磁調速可以節電25%-80%，具體節電的多少就要在看客戶的設備的不同而不同。在此，按照30%的節約進行計算。
（一）關於6台主要通風機的節能計算
每台對旋軸流式主要通風機電動機的額定功率是
2×132 = 264 kW
6台裝機容量1584 kW，因為1台運行、1台備用，因此，實際使用容量是792 kW。
采用變頻控製後按照30%的節約，相當於可以節約238 kW功率。
主要通風機是晝夜連續運行，每年可節約電能為
238×24×360 = 2056320 kWh
如果按照0.4元/kWh的電價計算，年節約電費
2056320 kWh×0.4元/kWh = 822528元。
（二）關於4台瓦斯抽放泵的節能計算
因為瓦斯抽放泵電動機有2台250 kW和2台400 kW，所以裝機容量
2×（250 + 400）= 1300 kW
在裝機容量1300 kW，因為高、低負壓抽放時2台運行、2台備用，因此，實際使用容量是650 kW。
采用變頻控製後按照30%的節約，相當於可以節約195 kW功率。
實際生產過程中，瓦斯抽放泵也是晝夜連續運行，按照年運行300天計算，那麼每年可節約電能為
195×24×300 = 1404000 kWh
如果按照0.4元/kWh的電價計算，年節約電費
1404000 kWh×0.4元/kWh = 561600元。
（三）關於3台提升機的節能計算
3台提升機裝機電動機功率
2×155 + 110 = 420 kW
實際使用功率也就是420 kW。
采用變頻控製後按照30%的節約，相當於可以節約126 kW功率。
按照晝夜運行12小時、年實際生產276個工作日計算，每年可節約電能為
126×12×276 = 417312 kWh
如果按照0.4元/kWh的電價計算，年節約電費
417312 kWh×0.4元/kWh = 166925元。
（四）關於1台主要膠帶輸送機的節能計算
主要膠帶輸送機電動機的額定功率是
2×320 = 640 kW
實際使用功率就是640 kW。
采用變頻控製後按照30%的節約，相當於可以節約192 kW功率。
主要膠帶輸送機晝夜間斷運行15小時，年實際生產276個工作日計算，每年可節約電能為
192×15×276 = 794880 kWh
如果按照0.4元/kWh的電價計算，年節約電費
794880 kWh×0.4元/kWh = 317952元。
（五）關於3台主要排水泵的節能計算
因為每台主要排水泵電動機的額定功率是400 kW，所以總裝機容量1200 kW。
在實際中，1台運行、1台備用、1台檢修，因此，實際使用功率是400 kW。
采用變頻控製後按照30%的節約，相當於可以節約120 kW功率。
主要排水泵晝夜運行18小時，年可節約電能
120×18×360 = 777600 kWh
如果按照0.4元/kWh的電價計算，年節約電費
777600 kWh×0.4元/kWh = 313040元。
通過以上五個方麵的計算，如果把電控係統均改造為變頻控製係統，那麼，年節約電費是
822528 + 561600 + 166925 + 317952 + 313040 = 2182045元
另外一個方麵，通過對相關廠家的谘詢和初步調研，如果對以上五個方麵17台設備進行技術改造，預計需要改造資金費用大約400萬元。因此，
4000000÷2182045 = 1.83年 ≈2年
也就是說，如果把17台設備改造為變頻控製，那麼，所投入的改造資金，隻需要大約2年就可以通過電費的節約收回來。加之，今後節能環保是發展的趨勢，按照“國家煤礦安全監察局關於印發《煤礦安全生產標準化考核定級辦法（試行）》和《煤礦安全生產標準化基本要求及評分方法（試行）》的通知，煤安監行管﹝2017﹞5號”以及“中華人民共和國發展和改革委員會公告（2018第3號） 《國家重點節能低碳技術推廣目錄（2017年本版本 節能部分）》”的要求，田壩煤礦以上的設備勢必進行技術改造。
五結束語
通過上述對變頻控製技術基本理論和田壩煤礦使用變頻控製技術的情況介紹，以及對田壩煤礦尚未改造設備的計算分析和論證。以下是本文的結束語（一個結論和一個建議）。
（一）結論：很有必要盡早對17台設備進行技術改造。
（二）建議：懇求田壩煤礦的上級東源公司乃至雲南煤化工集團對田壩煤礦給予資金幫助，以便田壩煤礦有計劃地完成對17台設備的技改工作。
參考文獻：
國家煤礦安全監察局關於印發《煤礦安全生產標準化考核定級辦法（試行）》和《煤礦安全生產標準化基本要求及評分方法（試行）》的通知，煤安監行管﹝2017﹞5號
中華人民共和國發展和改革委員會公告（2018第3號）《國家重點節能低碳技術推廣目錄（2017年本，節能部分）》
搜狗360百科 等網站之《變頻技術》
