變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用探討

摘要：煤礦開(kāi)采環(huán)境惡劣，生產(chǎn)條件不穩(wěn)定，使得設(shè)備工作效率低且損耗嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了煤礦開(kāi)采工作的安全和高效。變頻調(diào)速控制技術(shù)的發(fā)展和在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用較好的改善了這一現(xiàn)狀，筆者結(jié)合自身工作實(shí)踐，對(duì)變頻控制技術(shù)做了介紹，并對(duì)其在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用做了簡(jiǎn)要的探討。

關(guān)鍵詞：變頻；煤礦機(jī)電設(shè)備；應(yīng)用

引言

煤礦生產(chǎn)中的機(jī)電設(shè)備耗電量占了煤礦耗電量非常大的比率，煤礦企業(yè)生產(chǎn)成本能否得到較好的控制和降低則在很大程度上取決于機(jī)電設(shè)備的能耗水平。礦井生產(chǎn)設(shè)備的節(jié)能成為其節(jié)能的重中之重。變頻控制技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，以及在煤礦領(lǐng)域的大力推廣使得煤礦機(jī)電設(shè)備的節(jié)能進(jìn)入了一個(gè)新的階段。

1 變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)

眾所周知，機(jī)電設(shè)備電機(jī)的轉(zhuǎn)速是和工作電源輸入頻率成正比例關(guān)系變化的，改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率就可達(dá)到速度調(diào)節(jié)的目的，變頻調(diào)速技術(shù)正是基于這一原理，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。我們所講的變頻技術(shù)主要是指交流變頻技術(shù)，實(shí)質(zhì)是將直流電逆變換為不同的交流電，或是先將交流電變成直流電再把直流電逆變?yōu)椴煌慕涣麟?，在上述的過(guò)程中，一般只發(fā)生頻率變化。技術(shù)的的發(fā)展不斷推動(dòng)著變頻調(diào)速的技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，在功能和性能方面也都大大超過(guò)了直流調(diào)速系統(tǒng)，也有逐漸取代直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢(shì)，且變頻器在調(diào)速范圍、驅(qū)動(dòng)能力、調(diào)速精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、輸出性能、功率因數(shù)、運(yùn)行效率及使用的方便性等方面大大超過(guò)了其它常規(guī)交流調(diào)速方式。

變頻器是變頻調(diào)速的關(guān)鍵裝置，它是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的電能控制裝置。變頻器主要采用“交——直——交”的工作方式，先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT三相橋式逆變器。且輸出為 PWM（脈沖寬度調(diào)制）波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和 緩沖無(wú)功功率。PWM控制技術(shù)是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一。目前，變頻調(diào)速控制技術(shù)以其優(yōu)異的性能得以在諸多生產(chǎn)行業(yè)中廣泛推廣和應(yīng)用，在電力、軋鋼，造紙、化工、水泥、煤炭、紡織、鐵路、食品、船舶，機(jī)床等傳統(tǒng)工業(yè)的改造中以及航空航天等高新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用中都能看到變頻調(diào)速技術(shù)的蹤影，變頻調(diào)速技術(shù)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 變頻控制技術(shù)在動(dòng)力負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用

2.1 變頻控制技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

礦業(yè)生產(chǎn)中，礦井提升機(jī)有著非常廣泛和重要的作用，物料或人員運(yùn)送到目的地就離不開(kāi)提升機(jī)。比較傳統(tǒng)的提升機(jī)的調(diào)速原理是通過(guò)金屬電阻來(lái)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)作，再結(jié)合鼓型控制器或者接觸器切除電阻來(lái)達(dá)到調(diào)速的效果。該方式弊端較多，電阻消耗多以及散熱不良等情況都經(jīng)常出現(xiàn)；同時(shí)，電阻的調(diào)速范圍并不大，這就決定了精確度降低的情況是不可避免的。此外，在進(jìn)行減速和下放時(shí)，需要通過(guò)動(dòng)力來(lái)生成直流電源或者低頻電源，這在很大程度上會(huì)造成設(shè)備的損壞，不僅用電能耗較高，也對(duì)礦山的安全生產(chǎn)和正常運(yùn)行都是非常不利的。如果在礦井提升機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中使用變頻控制技術(shù)，能夠很好的實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)加減速，極大的增強(qiáng)了安全性和系統(tǒng)性能，還能有效的控制各種問(wèn)題的出現(xiàn)，加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備的保護(hù)。

2.2 變頻技術(shù)在皮帶機(jī)中的應(yīng)用

皮帶機(jī)較提升機(jī)而言，其功率更大。皮帶機(jī)是通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪轂產(chǎn)生摩擦力進(jìn)而帶動(dòng)皮帶進(jìn)行作業(yè)，皮帶再結(jié)合較為特殊的張力變形和摩擦力來(lái)牽引滾軸進(jìn)行運(yùn)作。主要工作原理是將繞線電機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組降壓?jiǎn)?dòng)后工頻運(yùn)行，經(jīng)液力藕合器切換到皮帶機(jī)。其中采用轉(zhuǎn)子串接電阻改善轉(zhuǎn)矩和減壓空載啟動(dòng)等方式，皮帶機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間是很短暫的，如果皮帶韌性不足的話，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)造成皮帶老化甚至斷裂的狀況，另外，由于在啟動(dòng)的過(guò)程中會(huì)伴隨較大電流的產(chǎn)生，無(wú)疑會(huì)形成電機(jī)內(nèi)部發(fā)熱發(fā)燙現(xiàn)象甚至造成電網(wǎng)電壓的劇烈波動(dòng)。液力藕合器在工作過(guò)程中，內(nèi)部的油溫容易升高較快，也存在內(nèi)部部件的摩擦加大等現(xiàn)象，這些都在很大程度上增加了維護(hù)的成本和維護(hù)難度，另外還有功率較難同步的諸多問(wèn)題。然而通過(guò)變頻調(diào)速就能夠很好的改變傳輸機(jī)出現(xiàn)軟起、軟停等不良運(yùn)作方式的狀況，更好的穩(wěn)定皮帶機(jī)的性能。使用了變頻調(diào)速技術(shù)的皮帶機(jī)，其工作頻率和力矩均可根據(jù)自身承擔(dān)的負(fù)荷狀況來(lái)很好的調(diào)節(jié)和改變，使電機(jī)工頻能夠恒速運(yùn)行，不僅運(yùn)行安全而且高效節(jié)能。變頻技術(shù)能有效的提高工作效率，在皮帶機(jī)中的應(yīng)用能使系統(tǒng)功率因素改善到90% 以上。使用高壓變頻器還能實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)能量回饋功能，也能夠有效降低在其他設(shè)備上所花費(fèi)的維修保養(yǎng)費(fèi)用，在實(shí)現(xiàn)環(huán)保的基礎(chǔ)上不斷提高能源的利用效率。

3 變頻控制技術(shù)在流體負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用

3.1 變頻控制技術(shù)在通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

通風(fēng)機(jī)屬于礦山生產(chǎn)必不可少的機(jī)電設(shè)備之一，應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)過(guò)程，作為礦井作用的通風(fēng)設(shè)備來(lái)講，其重要性不言而喻，它也有“礦山器官”這樣非常形象的稱(chēng)呼。隨著煤礦開(kāi)采深度的不斷增加，風(fēng)壓也隨之不斷增大，對(duì)于通風(fēng)機(jī)功率的要求也越來(lái)越大，然而要使通風(fēng)機(jī)達(dá)到較大的功率卻并不是件容易的事情。在煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中，因其低耗高能的特點(diǎn)，變頻調(diào)速已在通風(fēng)機(jī)設(shè)備中得到了較好的應(yīng)用，它能夠根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)和環(huán)境需要來(lái)改變風(fēng)量的大小，經(jīng)過(guò)變頻技術(shù)改造支持下的通風(fēng)機(jī)，能有效實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng)，較好的避免啟動(dòng)時(shí)電流過(guò)大的現(xiàn)象，避免對(duì)電網(wǎng)設(shè)備形成沖擊，杜絕運(yùn)行中危險(xiǎn)事故，還能夠根據(jù)需要很好的對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)和停止的操作。一般而言，通風(fēng)機(jī)基本是以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)的，這就使通風(fēng)機(jī)的強(qiáng)度得到了有效地控制，能夠使通風(fēng)機(jī)的使用時(shí)間更長(zhǎng)，降低通風(fēng)機(jī)的維修次數(shù)和維護(hù)工作量。但是在電機(jī)運(yùn)用的過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制兩臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行頻率，保持其一致性，確保電機(jī)的轉(zhuǎn)速一致，有效的來(lái)避免因風(fēng)阻現(xiàn)象而導(dǎo)致的風(fēng)機(jī)受到影響無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

3.2 變頻控制技術(shù)在水泵中的應(yīng)用

可將變頻調(diào)速技術(shù)用于在礦區(qū)的給水、給液用泵中，系統(tǒng)變頻器就可靈活的控制抽水泵的平滑起停、適時(shí)加減速，這樣可以增加系統(tǒng)工藝控制的靈活性，此外，可以顯著降低設(shè)備的機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命。變頻技術(shù)的應(yīng)用能夠降低機(jī)電設(shè)備器件的磨損程度，減少了泵的空轉(zhuǎn)時(shí)間以及頻繁起停過(guò)程中的能耗浪費(fèi)，還能可靠的保證井下液位的恒定，優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：成志強(qiáng)（1975.2-），男，就職于山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院生產(chǎn)科，助理工程師。