現代礦山電氣傳動系統及節能技術發展現狀

張云明，高燕清

（鶴慶北衙礦業有限公司，云南 大理 671507）

伴隨著我國我經濟的飛速發展和科學技術的不斷進步，電力傳動技術已經被應用到了很多現代工業生產工作當中。特別是礦山行業，很多工作步驟都在積極應用電力傳動技術，包括提升礦井、通風工作、開采工作等，如圖1所示。礦山電力傳動系統的優點非常多，全自動化體系能夠提升整個工程的效率，加強工程的安全性，進而增加公司的收益。

在整個礦山采集工作當中，皮帶機的作用至關重要，直接關系到整個公司的工作效率和實際收益。這種設備的體積較大，是礦山采集工作中不可缺少的設備。工作人員在設計皮帶機的長膠帶運輸時，一定要按照要求設置力矩圖和速度圖，保證其良好的運行狀態[1]。

圖1 露天礦山地質結構分布情況

另外，設計工作者要根據露天礦山的實際應用要求，調整皮帶機的整個工作狀態，使其能夠精準進行效應的工作。由此可見，礦山公司想要提高工作的安全性和可靠性，就必須加大研究力度，研發出更完美的高效節能技術，打造和要求的礦山傳動電力系統。

1 簡要分析礦山電氣傳動系統研究發展過程

早在上個世紀五六十年代,交流傳動的系統已經被應用到了我國礦山大公寓傳動系統當中。大家都知道，交流傳動的優勢有很多，包括操作簡便、體積較小、容易維修、節約資金等。但交流傳動系統也有很多劣勢，像電氣調速的功能較差，應用時需要額外的外力制動，在一定程度上會降低工作效率。

到了70年代，礦井建設的范圍越來越廣，挖掘的深度也逐漸增大，傳送所用的皮帶逐漸增長，以前所應用的交流傳動設施并不符合該階段的礦山采集要求。正因為那時工作人員掌控交流電機能力較差，所以經常應用直流傳動裝置，在一定程度上提高大型礦井工作效率礦山地區的大功率直流傳動體系就是應用晶閘管變流器-電動機傳動方式,該設備的工作運行速度較快、平穩性較強，能夠保證視線雙向流動模式。

直到后來，德國F.Blaschke提出了交流電機磁場定向(矢量控制)理論，推動了交流電機的發展和進步。伴隨著經濟的飛速發展和科學技術的不斷進步，相關工作者在該理論的基礎上不斷提升工作水平，積極應用交流傳動系統，推動礦山行業的發展和進步[2]。

2 著重分析背靠背中點箝位型拓撲結構下的變頻調速系統

就目前礦石行業發展的現狀來看，應用礦山大功率傳動設備時選擇背靠背中點箝位型拓撲結構是最恰當的。在所有功率較大的傳動設施當中，其功率變換裝置和電機的整體布局要求都非常高。想要在確保其高速運轉的基礎上，必須應用高性能矢量控制算法，提升工作效率，滿足工程建設的實際需要。

2.1 分析轉子雙饋變頻調速系統

目前來講，礦井中經常會應用“繞線電機轉子回路串電阻”調速系統，但工作過程中會出現很多問題?；谶@一現狀，某公司相關工作者就該問題進行了改造工作，開始應用轉子雙饋變頻調速系統。雙三電平轉子雙饋變頻調速系統實際上就是中點箝位三電平拓撲結構的創新型的高效率的變頻調速系統，如圖2所示。其原理也非常簡單，其中的高壓電網和電動機定子測是直接連接到一起的，主要是利用功率的變化來進行調控，實現調速的要求。

圖2 轉子雙饋變頻調速系統

在礦石工作當中一直會用到大功率調速設施，該設施直接關系到整個工作的正常運行，如果系統出現問題，那么就會導致整個工作處于停滯狀態，大大減少公司的實際收益，由此可見，從事礦山開發等工作的公司，必須要重視調控系統的把控問題。而“轉子變頻雙饋調速系統"作用是非常大，礦石類公司可以根據實際情況選用這種調速系統，不但能夠最大程度的減少消耗，提高資源能源的使用效率，還能夠保證這種系統屬于冗余系統，隨時都能投入到工作當中。這種備用調速系統，不但可以保證工作的順利進行，提升工作的整體效率，還能夠盡可能的提升公司的收益，推動公司的建設和發展。

2.2 分析電勵磁同步機變頻調速系統

電勵磁同步機變頻調控系統和以前的低速直驅直流傳動系統比較而言，同步機的效率大大提升，有時能夠達到96%以上。而且，交流同步電機的體積比較小，過載能力比較強，既方便運輸又方便維修和保護，應用起來比較方便高效。如果是應用一些礦井上的新型設施，工作人員最好要選擇低速同步機直驅方案，有效提高工作成效。

另外，和以前應用的變頻方式比較而言，背靠背中點箝位型三電平拓撲結構的節能環保效果更高，除了保持其自帶優勢之外，還能夠在一定程度上減少諧波電流，不斷降低拖動電機的轉矩脈動速度，進而有效解決電機運行期間的發熱問題，并把系統運行的噪音壓制到最小。主回路拓撲結構是“背靠背”的雙三電平交-直-交電路，在網側應用三電平全控整流結構，不斷調整直流側電壓和網側的功率數值，不斷調節中間直流環節的應用模式，建設完整的體系，提升調控電流大小的成效。

2.3 分析鼠籠電機變頻調速系統

實際上，礦井作業中需要進行很多爆破工作，所以對周圍的環境要求是非常高的。在一些暗立井或者暗斜井中，必須應用一些功率比較小的防爆破變頻調速系統。back-to-back雙三電平鼠籠電機變頻調速系統相對其他系統來說是非常不錯的選擇。第一，就其整體結構而言，鼠籠電機顧名思義為籠形結構,不但可以防止能夠異步電機繞組出現一些危害，還能夠有效提升系統的安全性。另外，這種轉子結構是完全閉合的結構，產生的噪音相對來說比較小，而且還能夠抵抗潮濕環境和過量粉塵，在較差的環境當中也沒有什么影響。正因為鼠籠電機的面積比較小，所以消耗的電壓功率都非常少，在一定程度上減少了很多成本。

在實際應用這種系統時，以前的傳感器在環境較差的煤礦井下進行工作時會出現很多問題，工作運行需要較長傳感器接線，所以無形當中存在很多潛在危害。鼠籠電機變頻調速系統中的結構屬于全閉合型結構，能夠有效提升系統運行效率，盡可能的減少系統出現故障的頻率。與此同時，這種體系選擇的是軟硬件雙重保護+雙PLC冗余控制方式，能夠進行自我維護和保護，有效提升整個系統的安全性。

3 概述礦山電氣裝備信息集成和網絡化故障診斷技術的應用方案

3.1 分析礦山電氣裝備數字化信息集成系統

就社會發展的現狀而言，礦山公司在建設過程中，想要跟上時代發展的步伐，就必須要推動電器裝備系統朝著信息化，數字化方向發展，這是該行業發展的必然趨勢。電氣裝備信息集成是需要依靠計算機網絡技術的，該項工作對整個工藝能力、設備品質和管理方案的要求都非常高。每一個體系當中管理模式都是一樣的，由裝備層、監管層和信息層組成，負責傳輸和分享相關的信息，需要利用管理信息體系軟件的自我調整功能，將所有信息整合到一起，確保管理信息系統和監管系統完美融合到一起。此類集成過程是將管理和監控體系融合到一起的網絡技術，需要利用新時期高端網絡信息技術，實現遠程操作和監控模式，提升公司運行效率。

3.2 研究礦山電氣裝備智能故障診斷技術

正因為礦山電氣裝備越來越復雜，所以對智能故障診斷技術的要求也越來越高，需要其具備超好的反應速度和診斷水平。由此可見，工作人員需要積極應用綜合診斷模式，根據實際情況，將所有診斷方法巧妙融合到一起，使整個診斷系統適用于不同的工作環境和工作環節。而且，工作人員必須主動學習診斷技術的相關內容，不斷改進檢修機器的系統，使機器始終主動更新升級并及時發現解決自身問題，提升自身的綜合能力。另外，將非實時診斷轉變成實時診斷。實時診斷顧名思義就是設備一直處在一種能夠及時發現診斷問題的狀態當中，診斷的速率越高，越可以節約系統分析決策問題的時間，使整個機械設備能夠在最短的時間內找到問題并解決問題，不斷提升工作效率。

4 結語

通過分析不同類型的變頻器拓撲結構,重點闡述了特殊應用場合下滿足高可靠性、優良動態性能、智能自診斷等技術特征的大功率中高壓變頻器。此外,根據主余．要研究對象包括鼠籠電機變頻調速系統、雙饋轉子變頻調速系統以及電勵磁同步電機變頻調速系統，基于該三大變頻系統著重介紹了雙三電平拓撲的變頻調速系統。同時分析了中小功率鼠籠電機雙三電平變頻調速系統在煤礦井下防爆環境應用時的特有優越性,分析了其取代傳統礦井提升中直流調速系統和交-交變頻調速系統、成為一種最適宜于該領域應用的理想調速系統的成因,并為傳統轉子串電阻調速系統的改造引入新型的轉子雙饋變頻調速系統進行了分析。最后,對礦山電氣裝備信息集成與網絡化故障診斷技術進行了展望[3,4]。

總而言之，伴隨著科學技術的飛速發展，現代礦山電氣傳動系統應用價值越來越高，具有不可估量的發展前景，相關工作者必須積極探索有效的傳動系統，結合新時期對環保的實際要求，打造節能環保技術，推動礦山行業的發展和進步。