煤礦節(jié)能降耗業(yè)已成為企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的必由之路。利用變頻及IGBT脈沖調(diào)速技術(shù)，對煤礦現(xiàn)有運輸設(shè)備進行技術(shù)改造，提高效率、節(jié)省電費是關(guān)鍵。

　　1、架線電機車IGBT脈沖調(diào)速應(yīng)用

　　1）應(yīng)用范圍。在低瓦斯礦井生產(chǎn)過程中，架線電機車主要作為牽引運輸工具，從而完成礦井生產(chǎn)運輸矸石、半巖煤、物料以及人員拉運和接送任務(wù)，它在礦井運輸中發(fā)揮著重要的作用。因此，IGBT脈沖調(diào)速裝置可在礦井下運輸上擔(dān)當(dāng)此重任，并可以大面積的推廣應(yīng)用。

　　2）調(diào)速原理。目前，煤礦井下直流架線電機車調(diào)速器采用兩種結(jié)構(gòu)，即：電阻調(diào)速和可控硅脈沖調(diào)速。電阻調(diào)速的缺點是機車運行時其電機串聯(lián)電阻消耗電能，并且觸頭式控制器的維修量也大。可控硅脈沖調(diào)速器的缺點是：可控硅工作頻率（300HZ）低，電路中濾波電抗、濾波電容、換向電抗、換向電容的電感也很大，體積太大（一般分為三個部分：即電容箱、主電路箱、控制器）。由于可控硅關(guān)斷需要耗能，因而其效率也低。

　　調(diào)速工作原理是：直流電機通過IGBT，限流電路與直流電源形成回路，脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生8000Hz的脈沖頻率來控制IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷的時間，即調(diào)整脈沖寬度的占空比。脈沖寬度越寬，在電機上所產(chǎn)生的電壓就越高；脈沖寬度越窄，電機上的電壓就越低，這樣便達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。當(dāng)電機發(fā)生過流或電機損壞短路時，保護電路會使脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生的脈沖寬度迅速變窄或截止以可靠的保護IGBT。IGBT脈沖調(diào)速方式解決了上述兩種機車調(diào)速的缺點，改變了原有狀況，其技術(shù)水平比較領(lǐng)先。

　　3）組成及技術(shù)參數(shù)。本調(diào)速器主要由四部分組成：①直流輸入及濾波電路；（2）IGBT主控斬波電路；③限流保護電路；④脈寬調(diào)制電路。

　　主要技術(shù)參數(shù)：①直流架線250V電壓波動范圍：150—350V；②10t機車額定工作電流：250V。220A；③調(diào)壓范圍：5-95%UDC；④制動方式：兩級能耗制動；⑤工作頻率：8KC；⑥工作條件：連續(xù)。

　　4）項目的關(guān)鍵要點。通過IGBT脈沖調(diào)速裝置在機車方面的推廣應(yīng)用，項目改進后提高了機車工作效率，確保了機車運輸安全，降低了能耗，減輕了維修維護工作等。

　　IGBT具有正的溫度系數(shù)無二次電壓擊穿，因此可靠性很高。由于IGBT是給信號就通，停信號就斷，所以不需要用電抗電容器組成的充放電關(guān)斷電路，其工作頻率（可達數(shù)萬Hz）很高，并且效率（可達98%）也很高。

　　5）項目的技術(shù)水平。與現(xiàn)有同類技術(shù)的全面比較。通過IGBT脈沖調(diào)速裝置的推廣應(yīng)用，實現(xiàn)了把直流電變成頻率可調(diào)的交流電，最后再把交流電變成所需電壓等級的直流電。彌補了早期架線電機車調(diào)速性能不好弊端，改變了原有調(diào)速器體積大、難搬運的缺點。實現(xiàn)了機車啟動、停車平穩(wěn)，提高了機車工作效率，確保了礦井機車運輸安全，降低了能耗，提高了使用壽命，創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟價值。

　　2、提升絞車變頻調(diào)速的應(yīng)用

　　運輸提升絞車通常采用繞線式電動機作為主驅(qū)動，主要用于提升或下降重物，具有典型的位能負(fù)載特性，是煤礦的通用設(shè)備。

　　1）現(xiàn)有絞車調(diào)速狀況。由于啟動及調(diào)速等方面的需要，通常都是在線繞式電動機的轉(zhuǎn)子回路串接電阻，來改變電機的輸出轉(zhuǎn)矩，從而降低電機啟動電流，以實現(xiàn)小范圍的轉(zhuǎn)差變速，去適應(yīng)負(fù)載的突變持性，并實現(xiàn)電動機的分級調(diào)整。這種控制方式帶來如下弊端：轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費。電阻分級切換，實現(xiàn)有級調(diào)速，設(shè)備運行不平穩(wěn)，引起電氣及機械沖擊。低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，啟動電流和換檔電流沖擊大，中高速運行振動大，制動不安全不可靠，對再生能量處理不力，斜井提升機運行中調(diào)速不連續(xù)，容易掉道，故障率高。對于24h連續(xù)作業(yè)的礦井下生產(chǎn)，即使短時間的停機維修也會給生產(chǎn)帶來很大損失。再生發(fā)電時，機械能回饋電網(wǎng)，造成電網(wǎng)功率因數(shù)低。尤其在供電饋線較長的應(yīng)用場合，會加大變壓器、供電線路等方面的投資。

　　2）變頻調(diào)速改造方案。該系統(tǒng)的運行過程主要分為兩個過程。（1）絞車電機作為電動機的過程，即正常的逆變過程。該過程主要由整流、濾波和正常逆變?nèi)蟛糠纸M成。其中正常逆變過程是其核心部分，它改變電機定子的供電頻率，從而改變輸出電壓，起到調(diào)速作用。（2）絞車電機作為發(fā)電機的過程，即能量回饋過程。該過程主要由整流、回饋逆變和輸出濾波三部分組成。其中該部分的整流是由正常逆變部分中IGBT的續(xù)流二極管完成。電解電容的主要作用是為回饋逆變部分提供一個穩(wěn)定的電壓源，保證逆變部分運行更可靠。回饋逆變部分是整個回饋過程的核心部分，變頻器對輸入電源的相位、電網(wǎng)電壓波動幅值進行實時檢測，實現(xiàn)回饋逆變輸出電壓相位與電網(wǎng)電壓相位的一致。為保證逆變的正常工作以及減少對電網(wǎng)的污染，設(shè)有輸出濾波部分，使回饋的能量保持平滑性，避免回饋能量對電網(wǎng)的騷擾作用。

　　3）變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點

　　（1）寬電網(wǎng)電壓：±20%電壓，可從容應(yīng)付不同的電網(wǎng)狀況。

　?。?）軟啟動功能，減少了設(shè)備起動時大電流對電網(wǎng)的浪涌沖擊和機械沖擊。減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，加、減速過程平滑，保護了電機，降低電機維護費用。

　?。?）降低電機噪音及機械震動。低速時，電機的轉(zhuǎn)矩加大，運轉(zhuǎn)更穩(wěn)定、不共振、溫升低，可延長設(shè)備使用壽命。

　?。?）輸入諧波小，高功率因數(shù)。

　?。?）具有完善、可靠、人性化的保護功能，如電動機過載保護，瞬時過流、過載保護，過壓失速保護，電流限幅保護，自動轉(zhuǎn)矩補償保護等，有效地保護供電、配電設(shè)備和電機安全運行。

　　（6）效率高，無附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速范圍大、精度高、無級調(diào)速。

　?。?）故障率低。低故障率可節(jié)省設(shè)備檢修、維護費用。

　　3、節(jié)約效果明顯、前景廣闊

　　由于該調(diào)速器免去了調(diào)速電阻箱，所以節(jié)電率高達35%，按10t電機車的2臺24kW電機每天運行18h計算，日可節(jié)電302.4kWh。如電費按0.5 N/kWh計算，日節(jié)電費151.2元，年節(jié)電費55188元。通過對電機變頻調(diào)速可平均節(jié)能30%以上。

　　目前，煤礦的一些變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成熟，將逐步在煤礦機電設(shè)備中引入變頻調(diào)速技術(shù)并將在煤礦中推廣使用。