动和设备维护等方面的浪费也是非常巨大的.明显的节能效果和优越的调节性能,使变频节能技术在我国矿山中的应用越来越广泛,技术也越来越成熟.
（1）风机中变频调速的应用
目前,变频器在我国煤矿风机节能改造和新上项目中得到越来越多的应用,同时出现了为煤矿特殊环境专门设计的变频调速装置.据文献介绍[ 8 ] ,杨村矿南风井在风机改造中,将原来JRQ-1510-10型高压绕阻式电动机换为JS157-10型低压鼠笼式电动机,用1台变频器控制2台电机.改造后,实际转速较改进前最低转速下降了70 r/min,电机实际输出功率为改进前前导器半关闭时的1/3,风量和风压更加适合矿井特性,每年可节约电费约56万元.某省劳改局五矿与某电器公司合作,研制了ZJT - 30型隔爆兼本安智能变频调速系统,采取IGBT散热方式,工作电压为660 V,可带动28 kW局部通风机,实现了载波频率调整(2～50 Hz)功能、风电和瓦斯闭锁功能、过流短路保护功能、超温断电功能及远程和实地控制功能,其性能达到了防爆标准,为我国矿山巷道掘进的节能提供了有效手段. （2）泵中采用变频调速的应用
变频调速在矿区给水、给液用泵中应用灵活,明显降低了设备的机械冲击,增加了工艺系统控制的灵活性,提高了产品质量.
中国矿业大学宋杰等人,利用变频器和PLC控制器,设计了一套煤矿井下排水泵站的监控系统.该系统中变频器灵活的控制抽水泵的平滑起停、适时加减速,保证了井下液位的恒定,降低了泵空转时间和频繁起停带来的大量能耗,机械设备的损耗也相应降低.PLC控制器的加入,对变频器的自动控制更加智能与灵活,保证了生产的安全高效运行.孔庄选煤厂在合格介质泵上安装变频器,通过在线调节水泵的转速来调节重介旋流器的入料压力,降低了因启动电流过大 造成的电耗增加,减少了频繁开停车,避免了变压器跳电,提高了产品质量.生产实践表明,因引进变频调速技术,该选煤厂每年新增精煤创收约216万元. （3）在采煤机中的应用
目前,采煤机变频调速系统已从“一拖二”发展到“一拖一”.我国能量回馈型四象限运行的交流变频调速采煤技术处于世界领先水平,国产电牵引采煤机行走功率最大2×110 kW,变频器电压380V,能够实现额定转速下恒定转矩调速、额定转速以上恒定功率调速及2台变频器之间的主从控制和转矩平衡.太原矿山机器集团生产的MGTY300/730–1.1D电牵引采煤机使用了回馈制动的四象限变频器,在
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开滦集团范各庄矿进行了应用.采区的倾角为12°～18°,局部达到25°～30°,从现场运行情况来看,四象限变频器调速电牵引采煤机在大倾角工作面能较大范围内调节制动力矩,维持牵引速度基本不变,机器没有发生下滑跑车的现象,而且结构简单,控制灵活,操作方便,速度调节可靠. （4）在提升机中的应用
新柏煤矿公司与唐山开诚电器公司合作,选用交流四象限变频调速系统配套湖南株州力达公司生产的JKB22.5/315P型变频防爆提升机,这是西北矿区首家选用交流四象限变频调速技术的企业[13].系统采用无速度传感器矢量控制方式,四象限运行,设有过压、欠压、过流、电机缺相等保护.风光提升机变频器作为提升机专用变频器已有数百台应用于各大矿山[14],JD-BP32-185P型提升机变频器就是其中的代表.该系统实现了全数字化控制,设计有专门的控制软件,同时具有很高的兼容性,提供了完善的输入输出接口电路,能够实现远程控制. （5）在胶带输送机和电铲中的应用
兴隆庄煤矿西上山胶带输送机采用四象限变频调速技术后,解决了采用液力耦合器装置时下行运输皮带机在启动、运行、制动中形成的电机失控问题[15]. 变频器可随时将电机产生的负力回馈到电网中,减少发热损耗,解决了机械系统及电气系统的冲击问题,延长了设备的使用寿命.电铲(挖掘机)是露天矿山用于装载矿石、岩石的大型设备,其工作条件非常恶劣,特别是在爆破不好的情况下挖根底作业,经常出现过大的冲击载荷,甚至堵转.上世纪90年代后期,我国有个别矿山从美国B - E公司引进了变频器-鼠笼型电动机系统[16],系统的机械特性曲线面积大,四象限运行,能快速地进行加速、减速、反转和制动.
1.4.2变频技术发展趋势
变频技术在矿山机电设备中应用越来越多,但应用还不普及,如露天开采的牙轮钻机,美国B - E公司已在55R型牙轮钻机上应用,我国还在开发试验之中,尚未推广应用[16].因此,变频技术在我国矿山机电设备中还有很大的发展空间.
(1)推广面较广.矿山中大小机电设备种类繁多,变频器如能解决好与这些设备的匹配问题,就能得到更广泛的推广.
(2)需求量很大.我国矿山基数大,在机电设备的改造中必然需要大量的变频器,这就会极大地推动变频技术在矿山的发展.
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(3)专业化得以加强.矿山有很多特殊工作环境,如井下工作等,需要具有特殊功能的专业变频器配置这些装备.
(4)多功能、网络化的更新.电子技术日新月异,矿山改造过程中对变频器的使用和控制也会呈现多功能化的趋势,对变频器的控制也会成为矿山网络化管理中的一个重要环节.
第二章 变频电源基础
2.1. 整流电路基础 2.1.1.单相可控整流电路 （1）单相桥式半波整流电路
a、带电阻负载的工作情况
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变压器T起变换电压和隔离的作用。
图1 单相半波可控整流电路及波形VT的α移相范围为180°
电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同结合图1进行工作原理及波形分析。
几个概念的解释：
Ud为脉动直流，波形只在U2正半周内出现，故称“半波”整流。 采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故该电路为单相半波可控整流电路。
Ud波形在一个电源周期中只脉动1次，故该电路为单脉波整流电路。 几个重要的基本概念：
触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度，用a表示，也称触发角或
控制角。
导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为，用θ表示。 基本数量关系。 直流输出电压平均值为：
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（2-1）
这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。
直流回路的平均电流为：
（2-2）
回路中的电流有效值为：
由式2. 2、式2. 3可得流过晶闸管的电流波形系数： 电源供给的有功功率为： 其中U为R上的电压有效值：
（2-3）
（2-4）
（2-5）
电源侧的输入功率为：
功率因素为：
当α=0时
（2-6）
，α越大，cosα越低，α=π。可见，尽管是电阻负载，
电源的功率因素也不为1。这是单相半波电路的缺陷。
（2）单相桥式全控整流电路
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