煤礦機(jī)電設(shè)備變頻技術(shù)探討

張毅

（山西霍州煤電集團(tuán)呂臨能化有限公司龐龐塔礦山西霍州031412）

有效提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，盡量降低其經(jīng)濟(jì)成本就必須做到提高控制能耗水平，而礦井設(shè)備占煤礦企業(yè)用電量的絕大部分，因此升級(jí)礦井生產(chǎn)設(shè)備，降低能耗成為企業(yè)節(jié)能減排的關(guān)鍵。變頻技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用能夠有效推動(dòng)機(jī)電設(shè)備節(jié)能增效，從而使煤礦開采事業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。

1 變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著電子科技技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用到越來越多的領(lǐng)域，其在煤炭開采領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)也將得到更好的運(yùn)用和發(fā)揮。變頻技術(shù)應(yīng)用到煤礦機(jī)電設(shè)備中能夠有效降低設(shè)備耗損，提高工作效率，有效提高煤炭開采工作的安全性和高效性。

1.1 變頻技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用

變頻技術(shù)主要指交流變頻技術(shù)，這一技術(shù)能夠?qū)⒅绷麟娮儞Q成不同的交流電或者將交流電變成直流電再逆變成不同的交流電，頻率在這些過程中不斷發(fā)生變化，而改變電動(dòng)機(jī)的工作電源頻率能夠有效改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而有效提高機(jī)電設(shè)備的工作效率、降低其工作損耗。由于工作環(huán)境坡度大，采煤設(shè)備需要經(jīng)常開啟或關(guān)閉，普通的兩象限變頻調(diào)速無法滿足這一要求，變頻技術(shù)在采煤設(shè)備中的應(yīng)用能夠有效提高采煤的工作效率，弱化安全隱患，更好地保證采煤工作的運(yùn)行。我國(guó)目前的電牽引采煤機(jī)的行走功率最大為2×110kw，采煤機(jī)在牽引力速度不變的情況下采用四象限交流變頻技術(shù)效果非常明顯。將兩象限變頻器改為四象限變頻器能夠在發(fā)電狀態(tài)下將發(fā)生逆變的電路與整流電路互換，并將電量回饋到電網(wǎng)，這一過程能夠有效達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。四象限變頻器具有控制靈活、操作方便和速度調(diào)節(jié)可靠的多重有點(diǎn)，值得廣泛提倡和應(yīng)用。

1.2 變頻技術(shù)在流體負(fù)荷設(shè)備中應(yīng)用

在流體負(fù)荷設(shè)備中發(fā)揮作用時(shí)，變頻技術(shù)主要表現(xiàn)在應(yīng)用風(fēng)機(jī)和水泵風(fēng)機(jī)和水泵的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，對(duì)過載能力的要求相對(duì)較低，這一情況決定了可以采用普通功能型變頻器。傳統(tǒng)老式的的變頻器多采用節(jié)流方式進(jìn)行調(diào)速，具有工作效率低、效果差的缺點(diǎn)，越來越不能夠適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境下礦井生產(chǎn)的需要。為了提高礦井生產(chǎn)的安全系數(shù)和產(chǎn)量，應(yīng)該確保泵和風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)都保存足夠的裕量。目前變頻技術(shù)在煤礦領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用，尤其被廣泛應(yīng)用到風(fēng)機(jī)節(jié)能改造和水泵中。

為了滿足煤礦生產(chǎn)的特殊環(huán)境，專門研制的變頻調(diào)速裝置應(yīng)運(yùn)而生。截止到2002年，我國(guó)國(guó)有的重點(diǎn)煤礦風(fēng)機(jī)總量為1486臺(tái)，大約一半的煤礦風(fēng)機(jī)通風(fēng)效率達(dá)不到煤炭生產(chǎn)的要求，其平均通風(fēng)效率尚不足百分之五十，很難滿足煤礦特殊環(huán)境下的通風(fēng)要求，因此運(yùn)用變頻技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改善。改善后的風(fēng)機(jī)具備了系統(tǒng)自動(dòng)化控制功能、風(fēng)量閉環(huán)控制功能以及電機(jī)過流保護(hù)功能。這些功能的改善使得PLC接到運(yùn)行指令時(shí)能偶進(jìn)行有效判斷運(yùn)行幾號(hào)和運(yùn)行方式；能夠通脫調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，從而達(dá)到改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的；電機(jī)變送器能夠?qū)⒅骰芈冯娐冯娏餍盘?hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換然后傳送如CPU內(nèi)部功能存儲(chǔ)器，當(dāng)電流信號(hào)超過設(shè)定之后便可立即進(jìn)行保護(hù)。

我國(guó)目前擁有的大型排水泵約為5000臺(tái)，這些排水泵的排水耗電量非常巨大約占礦井用電總量的三分之一。使用變頻技術(shù)能夠使水泵具備啟停平滑和加減速適時(shí)的功能，應(yīng)用變頻技術(shù)不僅能夠改善我國(guó)礦井所大量應(yīng)用的風(fēng)機(jī)功能也能夠有效改善水泵的性能。

變頻技術(shù)除了被廣泛應(yīng)用到改善風(fēng)機(jī)和水泵功能以外還被應(yīng)用到提高提升機(jī)的性能上。通過運(yùn)用不同功率確保提升機(jī)在啟動(dòng)或停止過程實(shí)現(xiàn)緩沖能夠有效減少提升機(jī)對(duì)機(jī)械的摩擦。提升機(jī)帶有的測(cè)速發(fā)電機(jī)發(fā)出超速信號(hào)時(shí)，變頻器能夠進(jìn)行自動(dòng)減速從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)限速保護(hù)功能。當(dāng)提升機(jī)給出“上行”或“下行”的不同命令時(shí)，如果操作人員進(jìn)行的操作與命令不符，連鎖功能會(huì)拒絕執(zhí)行這一操作，變頻器不會(huì)啟動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)連鎖開機(jī)功能。

2 變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用展望

隨著電子科技術(shù)發(fā)展的不斷深入，變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛，但是在當(dāng)前情況下，我國(guó)變頻技術(shù)的發(fā)展還不夠全面，變頻技術(shù)還不夠成熟，應(yīng)用范圍也相當(dāng)有限，發(fā)達(dá)國(guó)家許多研制成功并已投入使用的高新技術(shù)在我國(guó)尚屬于研發(fā)階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距過大，但是也說明了變頻技術(shù)在我國(guó)煤礦機(jī)電設(shè)備中還有很大的提升與發(fā)展空間。為了快速縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的科技水平差距，我國(guó)應(yīng)該加大對(duì)這一領(lǐng)域的投資力度，普及變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用。

煤礦機(jī)電設(shè)備種類龐雜，功能各異，因此必須充分解決好變頻器設(shè)備的匹配問題，只有這樣才能不斷實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，不斷擴(kuò)大變頻器的使用范圍，是變頻器在更加廣泛的層面上得到應(yīng)用。煤炭是我國(guó)的傳統(tǒng)能源，無論蘊(yùn)藏量還是消費(fèi)量都非常的巨大，因此煤炭開采量巨大，開采任務(wù)繁重，同時(shí)也意味著對(duì)變頻器存在著很大的需求量，通過變頻器來實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的主要性能能夠極大地推動(dòng)變頻技術(shù)的迅速發(fā)展。煤礦工作環(huán)境非常特殊，主要采用地下作業(yè)的方式，這一特點(diǎn)使煤礦開采存在很大的安全隱患，井下開采和爆破等日常工作存在很大的危險(xiǎn)性，為了提高安全系數(shù)，保證開采工作的順利進(jìn)行，必須研發(fā)出特殊功能的變頻器來配備裝置，進(jìn)一步加強(qiáng)開采設(shè)備的專業(yè)性，從而實(shí)現(xiàn)更多功能。當(dāng)今社會(huì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展一日千里，科技發(fā)展日新月異，任何行業(yè)要想在競(jìng)爭(zhēng)激烈的社會(huì)立于不敗之地，就必須做到與時(shí)俱進(jìn)，緊跟時(shí)代潮流和時(shí)代發(fā)展要求，不斷接受運(yùn)用新技術(shù)。煤炭業(yè)作為我國(guó)歷史悠久的傳統(tǒng)行業(yè)，必須革故鼎新，推陳出新，而不能滿足當(dāng)下，裹足不前，煤礦機(jī)電設(shè)備改造過程中對(duì)變頻器的控制和使用也將呈現(xiàn)出多功能和自動(dòng)化的趨勢(shì)，煤炭企業(yè)應(yīng)該緊緊抓住時(shí)代機(jī)遇，及時(shí)更新和升級(jí)傳統(tǒng)的煤礦器具，提高產(chǎn)量和效率，不斷滿足人民日益增長(zhǎng)的需求。

3 結(jié)語

變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用能夠有效提高煤礦開采的工作效率和安全系數(shù)。通過探討煤礦機(jī)電設(shè)備變頻技術(shù)，分析其在采煤機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵和提升機(jī)中的應(yīng)用，指出了變頻技術(shù)在我國(guó)當(dāng)前使用中的不足，同時(shí)也展望了變頻技術(shù)在煤炭領(lǐng)域的廣闊前景。廣泛投入使用變頻技術(shù)能夠減少財(cái)力物力的浪費(fèi)，有助于實(shí)現(xiàn)煤礦工業(yè)的自動(dòng)化，推動(dòng)煤礦工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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