節(jié)能減排背景下的煤礦機(jī)電變頻技術(shù)探究

李文忠

摘 要：變頻節(jié)能技術(shù)以其明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)和良好的調(diào)節(jié)性能，在現(xiàn)今世界能源緊缺的和環(huán)境污染嚴(yán)峻的形勢(shì)下引起了各國(guó)的高度關(guān)注。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，變頻技術(shù)日益成熟，變頻節(jié)能技術(shù)在我國(guó)煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用也日趨廣泛，技術(shù)水平隨著企業(yè)需求的加大不斷提高。基于此，本文以節(jié)能減排為背景，對(duì)煤礦機(jī)電變頻技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù) 煤礦生產(chǎn) 節(jié)能

中圖分類號(hào)：TD679 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（b）-0153-01

在煤礦行業(yè)中，井下機(jī)電設(shè)備對(duì)電能的需求量十分巨大。由于井下機(jī)電的負(fù)荷功率較大，機(jī)電設(shè)備在啟動(dòng)、加速、減速、停機(jī)過(guò)程中對(duì)電能的消耗十分嚴(yán)重，耗電量約占總耗電量的四成之多，設(shè)備在制動(dòng)維護(hù)的過(guò)程中，產(chǎn)生的械沖擊還會(huì)對(duì)機(jī)器造成不同程度的傷害。將變頻技術(shù)應(yīng)用于煤礦行業(yè)，便能發(fā)揮出其獨(dú)特的作用，不僅能夠減少能量的消耗，還可以加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行的平衡性，減少由于機(jī)械沖擊而產(chǎn)生的磨損，有效的延長(zhǎng)了設(shè)備的運(yùn)行壽命。

1 變頻技術(shù)基本原理

變頻控制技術(shù)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將電子技術(shù)與微機(jī)技術(shù)進(jìn)行綜合，實(shí)強(qiáng)弱電綜合、機(jī)電一體化的技術(shù)。它的實(shí)質(zhì)是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用，實(shí)現(xiàn)工頻電源轉(zhuǎn)換為另一頻率電源的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)需要依靠整流橋把工頻電源轉(zhuǎn)化為直流電源，然后再通過(guò)把逆變器轉(zhuǎn)換為頻率、電壓可以調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)電源，以保障電機(jī)能在合適的電壓和電流的情況下實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。該技術(shù)以其高效、無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗的優(yōu)勢(shì)在目前能源問(wèn)題嚴(yán)峻的情況下引起了各國(guó)的高度關(guān)注。

2 煤礦生產(chǎn)中變頻技術(shù)的應(yīng)用

2.1 變頻技術(shù)在提升機(jī)中的應(yīng)用

礦井提升機(jī)作為煤礦生產(chǎn)中輸送物料、人員的重要設(shè)備，是煤礦生產(chǎn)的重要設(shè)備之一。變頻技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)技術(shù)中對(duì)電阻帶動(dòng)電機(jī)控制，然后與控制器結(jié)合這種調(diào)速方式的依賴，相對(duì)于電阻消耗大、不易于控制、電阻調(diào)速范圍較小和存在嚴(yán)重散熱問(wèn)題的傳統(tǒng)模式，變頻提升機(jī)不僅有效降低了電阻的能量損耗，加大了電阻調(diào)速范圍，而且有效提升了設(shè)備的安全性和系統(tǒng)性，能夠?qū)崿F(xiàn)平滑的無(wú)極加速或減速操作。對(duì)其在應(yīng)用方面的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行歸納，主要有以下幾點(diǎn)：（1）在保障設(shè)備能進(jìn)行平滑，無(wú)極加速、減速工作過(guò)程中，使系統(tǒng)的性能、保護(hù)性得到了提高。（2）以較少的外部線路實(shí)現(xiàn)了對(duì)繼電器的控制，彌補(bǔ)了空間不足的情況，減少了故障發(fā)生的頻率，提高了使用性能。（3）采用了變換指令的方式來(lái)控制電控系統(tǒng)中繼電器的邏輯關(guān)系，然后與編程器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了梯形圖與電路圖間的有效轉(zhuǎn)換。（4）通過(guò)觸摸顯示器和編程器對(duì)電器，機(jī)械進(jìn)行故障排查，簡(jiǎn)化了處理系統(tǒng)故障時(shí)的流程。

2.2 變頻技術(shù)在通風(fēng)設(shè)備中的應(yīng)用

通風(fēng)機(jī)在煤礦生產(chǎn)中扮演著“呼吸”系統(tǒng)的角色，其關(guān)鍵地位不言而喻。與傳統(tǒng)生產(chǎn)相比，由于現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)巷道延長(zhǎng)、開(kāi)采延伸，對(duì)井下風(fēng)壓的要求不斷增加，這也需要更大功率的風(fēng)機(jī)來(lái)維持風(fēng)量上的平衡。隨著變頻技術(shù)在通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用，改變了設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于滿負(fù)荷狀態(tài)的情況，同時(shí)，在通風(fēng)機(jī)調(diào)速方面，利用變頻技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)根據(jù)巷道風(fēng)向要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，節(jié)約了能源。在此狀態(tài)下，設(shè)備都是在較低的機(jī)械沖擊下運(yùn)行，減弱了電氣沖擊和機(jī)械磨損對(duì)設(shè)備的損耗，使設(shè)備的使用壽命得以延長(zhǎng)。由于兩臺(tái)電機(jī)在工作時(shí)的轉(zhuǎn)速不同，會(huì)產(chǎn)生一定的風(fēng)阻，因此，在設(shè)備使用時(shí)，我們應(yīng)注意協(xié)調(diào)電機(jī)的運(yùn)行頻率，使其基本保持一致。

2.3 變頻技術(shù)在水泵中的應(yīng)用

水泵是通過(guò)電機(jī)的帶動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并把井下水輸送到地面的一種設(shè)備，在礦井中的應(yīng)用較多。由于傳統(tǒng)的全頻、工頻供電方式不能滿足水泵井底的惡劣工作的環(huán)境，容易造成設(shè)備故障頻發(fā)，增大了運(yùn)行成本。一方面，水泵的工頻啟動(dòng)電流會(huì)引起電機(jī)電纜壓降發(fā)生較大改變，造成較高的反壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程和降低啟動(dòng)過(guò)程，使得水泵的使用壽命在頻繁的開(kāi)機(jī)過(guò)程中大大降低。另一方面，電機(jī)負(fù)載較低的情況在水泵正常工作過(guò)程中并不少見(jiàn)，會(huì)造成水泵的功率因數(shù)降低，耗電量增多等一系列嚴(yán)重問(wèn)題。要想有效降低系統(tǒng)的電損就需要改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和降低水流量。

2.4 變頻技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用

受采煤設(shè)備工作環(huán)境的限制，普通的兩象限變頻調(diào)速在大坡度的工作環(huán)境中不能滿足經(jīng)常開(kāi)關(guān)機(jī)的需求，基于此，應(yīng)以煤礦企業(yè)的實(shí)際情況為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)變頻技術(shù)在煤礦企業(yè)的適用性進(jìn)行改進(jìn)。我國(guó)傳統(tǒng)的采煤機(jī)最大行走功率為220 kW，四象限交流變頻技術(shù)的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了在不改變牽引采煤機(jī)牽引速度的情況下提高節(jié)能效果的目標(biāo)。該技術(shù)是在原有兩象限變頻技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是在發(fā)電狀態(tài)下利用在整流電路模塊用可控整流器代替全波整流橋，來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變電路與整流電路之間的轉(zhuǎn)換，再通過(guò)由電量回饋到電網(wǎng)的方式，達(dá)到調(diào)節(jié)目的。

3 變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用發(fā)展

現(xiàn)今，隨著科技的發(fā)展，煤礦機(jī)電設(shè)備的種類日益增多，但是要想將其進(jìn)行廣泛的推廣就需要解決好變頻器和設(shè)備之間匹配的問(wèn)題。此外，變頻關(guān)鍵器件晶閘管的制造工藝，是限制變頻技術(shù)專業(yè)水平和需求空間提高的主要因素。在礦山工作中，機(jī)電設(shè)備的節(jié)能問(wèn)題尤為突出。一般情況下，井下工作環(huán)境惡劣，散熱和防爆兩大問(wèn)題在無(wú)法同時(shí)解決，在此情況下，配置有特殊功能的專業(yè)變頻設(shè)備問(wèn)題便迎刃而解。隨著煤礦企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化程度的得升，以及功能上的增強(qiáng)，變頻技術(shù)的發(fā)展前景更為廣闊。這就要求煤礦應(yīng)順應(yīng)電子技術(shù)的高速發(fā)展，加大變頻器的使用范圍和使用頻率，對(duì)變頻技術(shù)進(jìn)行不懈改進(jìn)，將變頻器控制作為煤礦企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化管理的重中之重。當(dāng)前，煤礦企業(yè)節(jié)能減排已刻不容緩，節(jié)能改造中變頻器的需求必然加大，變頻技術(shù)借此契機(jī)必將在煤礦企業(yè)得到廣泛發(fā)展。

4 結(jié)論

總之，變頻控制技術(shù)的應(yīng)用能夠很好的解決煤礦生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備能源浪費(fèi)的問(wèn)題，減少水泵、風(fēng)機(jī)等產(chǎn)生的電能損耗，并且能夠有效提高煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，改善裝備水平。同時(shí)，對(duì)煤礦生產(chǎn)安全性的提升，減少事故發(fā)生的可能性，以及安全生產(chǎn)保障能力的提高都起到了重要作用?？傊?，在煤炭生產(chǎn)行業(yè)中，變頻技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景。

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