浅析煤矿提升机转子变频技术节能效果_机械论文

发布时间：2022-10-05 10:09 热度：

浅析煤矿提升机转子变频技术节能效果

朱曙光

摘要：探讨使用“高压交流绕线电机转子变频调速控制系统”的可行性，目的是降低设备成本、提高系统可靠性，同时达到变频调速的控制和节电性能。副斜井提升机率先进行了工业运行试验，对电机性能进行测试分析，并统计了系统的节能效果，结果表明：电机的综合效率没有明显变化，功率因数提高到0.95，节电率达到50%以上。

关键词：转子变频；TKD电控系统；煤矿提升机；定子短封；交流绕线电机；节能效果

一、引言

目前万祥矿业潘西煤矿使用四部提升机，其中一部提升机电控系统使用高压变频调速方式结合PLC电控系统。

转子变频调速专利技术具体做法是：短封高压绕线电机的定子，用低压变频器向电机转子供电，从而达到变频调速的目的。

2010年10月潘西煤矿二号副井绞车电控进行改造，使用高压变频调速方式结合PLC电控系统，改造后进行了工业运行试验，对电机定子送工频高压电的传统控制方式和转子变频送电控制方式分别做了测试和比较，并经过长时间连续运行，统计出了节电数据。数据表明，转子变频调速系统电机的各项性能指标没有明显变化，节电效果显著。

二、转子变频工作原理

1、转子变频调速的实现方法

（1）高压绕线电机转子变频调速控制系统，将高压绕线电机的定子短封后，利用成熟的低压通用型矢量控制变频器对电机转子供电，因为高压绕线电机的转子电压较低，转子变频器的电压等级只要与电机转子电压匹配即可，这样就可以使用低压变频器解决高压电机的变频调速问题。

（2）转子变频系统接线图

转子变频系统主要部件有整流变压器、变频器和高压绕线电机，上图示例选用的是西门子6SE70系列回馈制动型变频器，根据现场情况的不同，我们还可以选择能耗制动型变频器，成本更低可靠性更好，适合正力提升工况的矿井使用。

2、绕线式异步电机定子短封转子通电的工作原理

（1）定子、转子等效磁极相互作用原理

绕线式异步电动机转子等效磁极与定子等效磁极是相互作用的，这个相互作用是对等的，为了确切说明这一观点，在异步电机中，转子绕组电流磁场的磁势F1m、磁通Φ1，定子绕组电流磁场的磁势F2m、磁通Φ2及气隙合成磁场的磁势Fm、磁通Φ之间存在着向量关系，其磁势平衡关系为：

F1m+F2m=Fm

M=π/2 P2F2mΦ1Sinδ1

式中， P为电机磁极对数；

δ为合成磁通轴线与定子磁势轴线间的夹角。

由此可得：绕线式转子异步电动机的定子绕组短接，转子绕组通电产生逆时针旋转磁场时，由于定子绕组中感应电流磁场的等效磁极对转子绕组电流的等效磁极的作用而产生使转子顺时针旋转的电磁转矩。我们可以从以上分析得出结论，绕线式异步电机转子通电产生的电磁转矩与定子通电产生的电磁转矩相等。

（2）、绕线式异步电机定子短封转子通电的转速和功率

异步电机的转速和功率的关系为：

p为电机的磁极对数。

显然，电机的转速是由定子绕组电流频率f1和转子绕组电流频率f2共同决定的，改变定子电流频率f1和改变转子电流频率f2都能改变电机轴转速。电机定子产生感生电流生成定子磁场，二者之间的转差关系仍然可以用上述公式表达，不同的是电机的输入功率从电机的定子转移到电机的转子。

三、工业运行试验及测试

万祥矿业潘西煤矿二号副斜井提升机电控改造后进行了工业运行试验，试运转取得成功后，提升机连续运行1个月，经过长时间统计得出了系统的节能数据。

1、现场情况

万祥矿业潘西煤矿二号副井：绞车型号2JK-2.5/20，配JRQ158-10型6KV 310 KW电机1台。提升方式为单滚筒、单绳缠绕式斜井4辆矿车串车提升，井筒倾角19°33′，提升长度1350米。

2、节能测算

（1）测试方法

先统计出潘西煤矿二号副井提升机未改造前转子串电阻调速方式平均单勾提升耗电量；其次转子变频试运行成功后，系统投入长期运行试验，在设备运行的前1个月内，每天一次对三相三线制电度表进行抄表，并统计提升勾数，得出平均单勾提升耗电量。

测试仪表：DS862-2型三相三线制电度表，电流互感器75/5A，电压互感器6000v/100v。

（2）测量数据

转子串电阻调速方式电控系统平均每勾用电量61度，变频电控系统平均每勾用电量30度，转子变频系统节电率（61-30）/61×100%=50.82%

潘西煤矿二号副井是单滚筒单绳斜井提升，每个提升循环必然会有一勾重载上提和一勾重载下放，转子变频系统将重载下放的能量反馈电网。以正力提升为主的主井提升机，节电率能够达到20%左右，提升负荷变化较大的副井提升机，节电率都在40%以上。

四、结束语

高压交流绕式异步电机转子变频调速专利技术，巧妙地运用逆向思维方式，把变频电源从电动机定子移至转子侧，节能效果显著、功率因数高、主回路简单，已经在众多矿井提升场合投入应用。

参考文献：

[1] 赵树国，孙峰，纪胜春，．煤矿提升绞车高压变频电控系统在井下的应用 [J]煤矿机械，2006，27（8）：165—167

[2] 翟红．变频调速技术在矿井提升系统中的应用 [J]煤炭科学技术，2006，34（5）：15-18

[3] 张震涛，马安雄．高压变频在煤矿提升机上的应用 [J]煤炭科技，2008，27（6）：32-33