Kohleunternehmen sind große Energieverbraucher. Insbesondere bei Kohlebergwerken ist der Anteil des Stromverbrauchs beträchtlich. Laut einer Studie entfallen über 40 % des gesamten Stromverbrauchs von Ventilatoren, Wasserpumpen, Kompressoren, Hebezeugen und Gasförderanlagen auf diese Anlagen. Die Entwicklung der Frequenzumrichtertechnologie kann zwar die Probleme der Einzelsteuerung effektiv lösen, jedoch mangelt es an Echtzeitfähigkeit und einem geringen Automatisierungsgrad.
Anwendung der Frequenzumrichter-Energiespartechnologie in der Kohlebergbauindustrie
I. Das Prinzip und die energiesparende Rolle der Frequenzregelungstechnik
1. Das Prinzip der Frequenzregelungstechnik
Die Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichtern ist eine in den letzten Jahrzehnten entwickelte Technologie, die sich durch hervorragende Drehzahlregelungsleistung, bemerkenswerte Energieeinsparungen und breite Anwendbarkeit in verschiedenen Bereichen der Volkswirtschaft auszeichnet und als vielversprechende Methode der Drehzahlregelung gilt. Die Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichtern ist eine umfassende Anwendung von Mikrocomputertechnik, Leistungselektronik und Motorantriebstechnik. Das Grundprinzip besteht darin, dass die Wechselspannung unter der Unterbrechungswirkung von Leistungshalbleiterbauelementen mittels Gleichrichterbrücke in eine Gleichspannung umgewandelt und anschließend vom Wechselrichter in die frequenz- und spannungsvariable Wechselspannung umgewandelt wird, die als Antriebsleistung für den Wechselstrommotor dient. Dadurch erhält der Elektromotor die für die stufenlose Drehzahlregelung benötigte Spannung und den benötigten Strom. Dies ist eine effiziente Methode der Drehzahlregelung ohne zusätzliche Verdrängungsverluste.
Dies kann als hocheffiziente Drehzahlregelungsmethode ohne zusätzliche Verdrängungsverluste genutzt werden, und gleichzeitig wird sichergestellt, dass der Elektromotor die für eine stufenlose Drehzahlregelung erforderliche Spannung und den erforderlichen Strom erhält.
2. Die energiesparende Rolle der Frequenzregelungstechnik
Mit der rasanten Entwicklung der Elektronik, Computertechnik, automatischen Steuerungstechnik und Hochleistungstechnologie hat die Drehzahlregelungstechnik für Wechselstrommotoren bahnbrechende Fortschritte erzielt und ist zu einem wichtigen Mittel zur Energieeinsparung und Verbesserung der Umwelt sowie zur Förderung des technologischen Fortschritts geworden – ein unvermeidlicher Entwicklungstrend.
Spezifische Anwendungen der Frequenzumrichtertechnik in der Kohleförderung am Beispiel von Förderbändern
1. Energiesparproblem bei Förderbändern in der Kohlebergwerksproduktion
Förderbänder sind als Hauptausrüstung für den Kohletransport im Tagebau weit verbreitet. Mit der steigenden Produktivität und Effizienz der Kohleförderung im Tagebau werden vermehrt Langstrecken-, Großvolumen- und Hochgeschwindigkeitsförderbänder entwickelt, gefertigt und in Betrieb genommen. Der Einsatz dieser großen Maschinen führt zu hohen Stoßbelastungen, ungleichmäßiger Motorleistung und damit einhergehender Motorüberlastung und anderen Problemen, die deutlicher zutage treten.
Daher gelten für den Anlauf und Betrieb von Förderbändern folgende Anforderungen: Bei direkter Überlastung des Motors beim Anlauf muss die Stromversorgung das 6- bis 7-Fache des Normalstroms liefern, was zu einer Überhitzung des Motors durch zu hohen Strom und zu lange Anlaufzeit führt. Zudem kann die hohe Stromstärke zu Spannungseinbrüchen im Stromnetz und damit zu Beeinträchtigungen anderer Geräte führen. Neue Antriebssysteme reduzieren daher den Anlaufstrom. Große Förderbänder benötigen ein Antriebssystem mit einstellbarem, sanftem und stoßfreiem Anlaufdrehmoment, um Stöße zu minimieren, die Kraftverteilung der gesamten Maschine zu verbessern, ihre Lebensdauer zu verlängern und die Zuverlässigkeit zu erhöhen – ein sogenannter Sanftanlauf. Bei Langstreckenförderbändern kann ein zu schneller Anlauf dazu führen, dass die Spannvorrichtung nicht richtig greift, die Antriebsrolle durchrutscht und es zu einem Brand durch Überhitzung kommt. Bei stark geneigten Förderbändern kann eine zu schnelle Anlaufbeschleunigung Materialrutschen oder -rollen verursachen. Daher ist eine kontrollierbare Anlaufbeschleunigung für einen sanften Anlauf erforderlich. Um die Wartung von Förderbändern zu erleichtern, hoffen wir, einen Testbetrieb des Förderbandes mit niedriger Geschwindigkeit realisieren zu können.
Zusammenfassend muss das Antriebssystem den Anforderungen beim Anfahren, im Betrieb und im Stillstand gerecht werden, damit das Förderband sanft an- und abfährt, effizient läuft, gleichmäßig angetrieben wird und sicher arbeitet. Derzeit verwenden die meisten Kohlebergwerke in China jedoch hydraulische Kupplungen für den Sanftanlauf von Förderbandmaschinen. Dabei wird der Wirkungsgrad der hydraulischen Kupplung beim Anfahren auf null eingestellt, sodass der Motor unbelastet anläuft.
2. Frequenzregelungstechnik in Bandförderanlagen
Das automatische Frequenzregelungssystem im Förderband besteht aus einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), einem Frequenzumrichter, einem Stromwandler, einem Strommessumformer, einer Bandwaage, einem Bandgeschwindigkeitssensor und einem Motordrehzahlsensor usw., die sich in drei Teile zusammenfassen lassen: Detektionseinheit, Steuereinheit und Ausführungseinheit.
Detektionseinheit: Stromsensor und -transmitter erfassen das Motorstromsignal. Das vom Bandgeschwindigkeitssensor erfasste Bandgeschwindigkeitssignal wird in ein Spannungssignal umgewandelt. Das vom Motordrehzahlsensor erfasste Geschwindigkeitssignal wird ebenfalls in ein Spannungssignal umgewandelt. Die Bandwaage erfasst das Durchflusssignal. Jedes Signal wird dem Kernmodul zugeführt.
Steuereinheit: Sobald die SPS das Erkennungssignal empfängt, führt sie nach erfolgter Entscheidungsfindung den Start des Förderbandes, den Leistungsausgleich und die energiesparende Drehzahlregelung durch. Gleichzeitig verfügt die Hauptsteuereinheit über Schutzfunktionen gegen Bandbruch, Kohlestau, Bandriss, Rauchentwicklung, Schlupf, Überhitzung und weitere Störungen.
Ausführungseinheit: Der Frequenzumrichter empfängt das Frequenzsteuersignal der SPS und gibt entsprechend der Frequenz eine Spannung an den Motor an, um dessen Drehzahl zu regeln und die verschiedenen Funktionen des Förderbandes zu realisieren. Dank der Frequenzumwandlung arbeitet das Förderband sanft an und stoppt vollständig, was zu einem stabileren Betrieb führt.
Nach der Umrüstung kann das System die Ausgangsfrequenz und das Ausgangsdrehmoment automatisch an die Laständerung anpassen und so das bisherige Betriebsmuster mit konstanter Motorfrequenz ändern, wodurch der Energieverbrauch erheblich gesenkt wird.
III. Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Einsatz von Frequenzumrichtern in Kohlebergwerken gute Ergebnisse erzielt hat. Mit der Entwicklung neuer leistungselektronischer Geräte und der kontinuierlichen Verbesserung der Leistungsfähigkeit wird die Anwendung der Frequenzumrichter-Drehzahlregelungstechnologie in der Kohlebergbauproduktion eine größere Rolle spielen und bedeutendere wirtschaftliche Vorteile bringen.