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【摘 要】 矿山按产物类型可分为煤矿、金属矿和非金属等；按采掘要领可分为露天开采矿山和地下开采矿山两大类。露天开采所用设备主要为电铲和牙轮钻机，该两套设备电气传动系统先后经历了直流调速、变频调速及多传动变频调速。直流调速技术已经比较成熟，但直流电机维护量大，耗能大，单个变频器驱动交流电机传动较之直流调速反应快，运行稳定，且能够较大节省电能。现在比较先进的传动是多传动变频调速系统，该系统能够更好的节省电能，效率更高。本文简要介绍露天矿山电气传动系统的发展，并重点介绍变频调速技术的特点及其使用情况。
【关键词】 电铲；牙轮钻；直流调速；变频调速；节能
1.变频器在电铲上的应用
电铲用于装载矿岩，其事情条件非常恶劣，特别是在爆破欠好的情况下挖掘作业，通常出现过大的负荷，乃至堵转。因此，电铲对电气传动体系就有较高的要求：要求电气传动体系的机器特性曲线的包络面积大，要求有良好的调速性能，能四象限运行，能快速地举行加、减速和反转，动态相应速率快，要求体系制动性能好，并能接纳能量；要求体系运行可靠，维修方便等。由于电铲对电气传动体系的这些特别要求，于是，我国电铲现在应用的电气传动体系主要照旧直流传动体系。比喻：WK-4M、WK-10B、WD-1200和195-B等型号的电铲都是接纳直流发电机-直流电动机体系（简称机组体系）；从美国Harnischfeger公司引进制造的P&H-2300XP和P&H-2800XP型电铲则是接纳晶闸管变流器-直流电动机体系（简称晶闸管直流体系）。虽然后者比前者技能先进，屈从也有所前进，但这两种体系都还存在直流电机的固有的缺点，即维修量大、屈从较低等。
自上世纪90年月后期，我国有个体矿山从美国B-E公司引进了变频器-鼠笼型电动机体系（简称交换变频调速体系），这是全交换化的电铲电气传动体系。比喻：385-B、295-BⅡ、290-BⅢ型电铲即是全交换化电铲，变频调速由德国SIEMENS公司开发、提供的电压型变频器。太原重工集团基于国外变频电铲优点自主研发出国内所用变频电铲，变频调速仍由德国SIEMENS公司开发，如WK-10C、WK-20C等系列变頻电铲。现以WK-10C电铲为例作一扼要说明：高压交流电由电缆经集电环引入电铲，由1000kVA主变压器将6kV变为690V，由整流器将交换变为直流，经滤波后送入直流母线。在直流母线上有3台大容量的逆变器，其中1台供电给提升电动机和行走电动机；另外2台分别供电给回转和推压电动机。当某机构处于再生制动时，直流母线电压升高并将制动单元打开能量消耗在制动电阻上。WK-20C电铲在WK-10C的基础上改进，具备能量回馈单元。当某机构处于再生制动时，逆变器将再生制动能量反馈到大众直流母线上，可供其它事情机构使用，使能量得到充实使用。其系统构成框图如图1：
实践证明，交换变频调速电铲和前两种直流调速电铲相比，具有节省电能、调速性能好、可靠性高、维护量小、功率因数高（0.95以上）等利益，是公认的电铲电气传动体系的发展趋势。
2.变频器在牙轮钻机上的应用
牙轮钻机是露天矿山、尤其是大型露天矿山的主要穿孔配置。为使牙轮钻机在差异的岩层中都能连结较佳的钻进状态，要求钻机的回转机构能凭据岩层的性子举行无级调速。钻机的提升/行走机构也须要无级调速。现在，牙轮钻机的回转机构、提升/行走机构一样平常都是直流电动机传动。主要有三种调速装置：（1）接纳晶闸管直流调速装置的牙轮钻机有：YZ-55，YZ-35和YZ-12型；（2）接纳大功率磁放大器调速装置的有KY-250型牙轮钻机和从美国入口的45R型牙轮钻机；（3）接纳直流发电机组调速装置的有从美国入口的60R型牙轮钻机。
牙轮钻机上应用变频调速技能不光是为了节能，更重要是为了解决钻机的生产特点，降低维修工作量。钻机回转机构电动机部署在钻杆的顶端，事情条件异常恶劣，以往使用的直流电动机通常破坏，维修事情量大，影响牙轮钻机的正常作业。因此采用耐用的交换鼠笼型电动机取代直流电动机，用变频调速装置取代直流调速装置，就成为人们公认的牙轮钻机电气传动的发展方向。在牙轮钻机上应用变频调速技能的难点在于：钻机的转动机构等对调速装的性能要求高，由于由于岩层地质条件的差异，钻机在钻进时有经常被卡钻，使回转机构堵转，这就要求调速装置的机器特性曲线具有挖土机特性，并具有立刻反转和立刻重新起动、钻进功效；牙轮钻机振动大，对调速配置的防振要求高。变频调速在牙轮钻机中的应用首先是由美国B-E公司在55R型牙轮钻机上应用。我国矿山的牙轮钻机的变频调速还在开发试验之中，尚未在推广应用。现各矿山使用牙轮钻机变频调速系统多是安川、ABB、西门子等技术，现以江采生产的KY-310钻机为例说明。回转、提升/行走、加压交流变频调速系统采用了矢量控制方式，调速精度高，调速范围宽，具有挖掘机特性，低速时采用专用变频电机，转矩大，调速精度和特性可以与液压加压系统相媲美；具有自诊断功能，人机界面好，其逻辑接口电路采用PLC控制，可靠性极高；在柜门上装有图形操作终端，可实时显示钻机的运行状态；柜内外元件少，简洁美观，外接线少，维修量大大减少。KY-310牙轮钻机交流变频调速系统由变频器、可编程序控制器（PLC）、变频电机和保护电路等组成。系统构成框图如图2：
变频调速技术在露天矿山应用日趋广泛，正逐步取代直流调速在矿山的稳固地位。变频调速传动是现代电气传动的主要发展方向。它在实现生产过程自动化、提高产品质量、方便维修及节能等方面，都有着其它调速方式难以蓖美之处。它除了具有卓越的调速性能外，还有非常显著的节电效果，是矿山设备技术改造和产品更新换代的理想设备。
参考文献：
1.李华德.电力拖动自动控制系统.机械工业出版社，2008
2.张永慧.变频调速技术在矿山的应用，2004（10）
【关键词】 电铲；牙轮钻；直流调速；变频调速；节能
1.变频器在电铲上的应用
电铲用于装载矿岩，其事情条件非常恶劣，特别是在爆破欠好的情况下挖掘作业，通常出现过大的负荷，乃至堵转。因此，电铲对电气传动体系就有较高的要求：要求电气传动体系的机器特性曲线的包络面积大，要求有良好的调速性能，能四象限运行，能快速地举行加、减速和反转，动态相应速率快，要求体系制动性能好，并能接纳能量；要求体系运行可靠，维修方便等。由于电铲对电气传动体系的这些特别要求，于是，我国电铲现在应用的电气传动体系主要照旧直流传动体系。比喻：WK-4M、WK-10B、WD-1200和195-B等型号的电铲都是接纳直流发电机-直流电动机体系（简称机组体系）；从美国Harnischfeger公司引进制造的P&H-2300XP和P&H-2800XP型电铲则是接纳晶闸管变流器-直流电动机体系（简称晶闸管直流体系）。虽然后者比前者技能先进，屈从也有所前进，但这两种体系都还存在直流电机的固有的缺点，即维修量大、屈从较低等。
自上世纪90年月后期，我国有个体矿山从美国B-E公司引进了变频器-鼠笼型电动机体系（简称交换变频调速体系），这是全交换化的电铲电气传动体系。比喻：385-B、295-BⅡ、290-BⅢ型电铲即是全交换化电铲，变频调速由德国SIEMENS公司开发、提供的电压型变频器。太原重工集团基于国外变频电铲优点自主研发出国内所用变频电铲，变频调速仍由德国SIEMENS公司开发，如WK-10C、WK-20C等系列变頻电铲。现以WK-10C电铲为例作一扼要说明：高压交流电由电缆经集电环引入电铲，由1000kVA主变压器将6kV变为690V，由整流器将交换变为直流，经滤波后送入直流母线。在直流母线上有3台大容量的逆变器，其中1台供电给提升电动机和行走电动机；另外2台分别供电给回转和推压电动机。当某机构处于再生制动时，直流母线电压升高并将制动单元打开能量消耗在制动电阻上。WK-20C电铲在WK-10C的基础上改进，具备能量回馈单元。当某机构处于再生制动时，逆变器将再生制动能量反馈到大众直流母线上，可供其它事情机构使用，使能量得到充实使用。其系统构成框图如图1：
实践证明，交换变频调速电铲和前两种直流调速电铲相比，具有节省电能、调速性能好、可靠性高、维护量小、功率因数高（0.95以上）等利益，是公认的电铲电气传动体系的发展趋势。
2.变频器在牙轮钻机上的应用
牙轮钻机是露天矿山、尤其是大型露天矿山的主要穿孔配置。为使牙轮钻机在差异的岩层中都能连结较佳的钻进状态，要求钻机的回转机构能凭据岩层的性子举行无级调速。钻机的提升/行走机构也须要无级调速。现在，牙轮钻机的回转机构、提升/行走机构一样平常都是直流电动机传动。主要有三种调速装置：（1）接纳晶闸管直流调速装置的牙轮钻机有：YZ-55，YZ-35和YZ-12型；（2）接纳大功率磁放大器调速装置的有KY-250型牙轮钻机和从美国入口的45R型牙轮钻机；（3）接纳直流发电机组调速装置的有从美国入口的60R型牙轮钻机。
牙轮钻机上应用变频调速技能不光是为了节能，更重要是为了解决钻机的生产特点，降低维修工作量。钻机回转机构电动机部署在钻杆的顶端，事情条件异常恶劣，以往使用的直流电动机通常破坏，维修事情量大，影响牙轮钻机的正常作业。因此采用耐用的交换鼠笼型电动机取代直流电动机，用变频调速装置取代直流调速装置，就成为人们公认的牙轮钻机电气传动的发展方向。在牙轮钻机上应用变频调速技能的难点在于：钻机的转动机构等对调速装的性能要求高，由于由于岩层地质条件的差异，钻机在钻进时有经常被卡钻，使回转机构堵转，这就要求调速装置的机器特性曲线具有挖土机特性，并具有立刻反转和立刻重新起动、钻进功效；牙轮钻机振动大，对调速配置的防振要求高。变频调速在牙轮钻机中的应用首先是由美国B-E公司在55R型牙轮钻机上应用。我国矿山的牙轮钻机的变频调速还在开发试验之中，尚未在推广应用。现各矿山使用牙轮钻机变频调速系统多是安川、ABB、西门子等技术，现以江采生产的KY-310钻机为例说明。回转、提升/行走、加压交流变频调速系统采用了矢量控制方式，调速精度高，调速范围宽，具有挖掘机特性，低速时采用专用变频电机，转矩大，调速精度和特性可以与液压加压系统相媲美；具有自诊断功能，人机界面好，其逻辑接口电路采用PLC控制，可靠性极高；在柜门上装有图形操作终端，可实时显示钻机的运行状态；柜内外元件少，简洁美观，外接线少，维修量大大减少。KY-310牙轮钻机交流变频调速系统由变频器、可编程序控制器（PLC）、变频电机和保护电路等组成。系统构成框图如图2：
变频调速技术在露天矿山应用日趋广泛，正逐步取代直流调速在矿山的稳固地位。变频调速传动是现代电气传动的主要发展方向。它在实现生产过程自动化、提高产品质量、方便维修及节能等方面，都有着其它调速方式难以蓖美之处。它除了具有卓越的调速性能外，还有非常显著的节电效果，是矿山设备技术改造和产品更新换代的理想设备。
参考文献：
1.李华德.电力拖动自动控制系统.机械工业出版社，2008
2.张永慧.变频调速技术在矿山的应用，2004（10）