變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的運用分析

劉立新

（湖南省湘潭礦業(yè)集團(tuán)有限公司，湖南 湘潭 411101）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷騰飛， 能源消耗問題已經(jīng)成為一個全社會都已廣泛關(guān)注的話題。 相應(yīng)的，節(jié)能成為了社會各界必須重視一個環(huán)節(jié)。 面對這樣的社會大環(huán)境，變頻技術(shù)以其具備的優(yōu)良節(jié)能效果被社會廣泛利用，常見的如礦山、機(jī)械、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域，其中對于煤礦采挖過程中使用的采挖機(jī)、提升機(jī)及空壓機(jī)等，無論是其中的啟動、加減速還是在其中的制動過程中，均會造成能源的大量損失，而變頻技術(shù)的使用大大的減少了其中的能源損耗，因此得到了越來越廣泛的使用。

1 變頻技術(shù)基本原理及其應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，變頻技術(shù)使用最廣泛的是其中變頻調(diào)速，其使資源的利用更加合理，近幾年來，變頻調(diào)速技術(shù)在幾乎所有的交流電調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)，均獲得了極快的發(fā)展，這種發(fā)展具體表現(xiàn)在理論方面和實際使用方面， 其中經(jīng)過GTR、IGBT 的不斷更替，功率器件不斷向著智能功率方向過渡并發(fā)展：（1）在理論方面，控制壓頻比方法被不斷改進(jìn)；（2）在實際應(yīng)用方面，轉(zhuǎn)矩及矢量的控制均獲得極為廣泛的使用，（3）具體到研究方面，科研人員結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及自優(yōu)化控制等方式進(jìn)行研究，使得變頻技術(shù)更加智能化。 總之，隨著調(diào)速系統(tǒng)的集成度不斷提高，變頻器的種類、功能越來越綜合化，變頻技術(shù)使得機(jī)械的基本調(diào)速作用可得到順利實現(xiàn)之外，還增添了很多的新功能，例如常見的參數(shù)辨識、通信系統(tǒng)、自動調(diào)控以及內(nèi)置編程等。

2 煤礦中變頻技術(shù)的具體運用分析

煤礦開采中，因環(huán)境惡劣，各類地質(zhì)及生產(chǎn)條件復(fù)雜，很多的機(jī)械設(shè)備需要經(jīng)常啟動，能耗很大且工作效率較低，嚴(yán)重的制約著煤礦的發(fā)展，利用變頻技術(shù)可有效實現(xiàn)節(jié)能增效并增加煤礦經(jīng)濟(jì)效益的目的，因此變頻技術(shù)的引用及發(fā)展為煤礦的發(fā)展注入了新的動力。

2.1 煤礦生產(chǎn)中變頻技術(shù)的使用分析

目前， 普通變頻器在機(jī)械領(lǐng)域及各類生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)已普遍得到利用，其不但可達(dá)到有效節(jié)能降耗，還不斷向著控制系統(tǒng)的簡單化、人性化、智能化、遠(yuǎn)程性等方向過渡。 某煤礦在對變頻技術(shù)使用時，首先對煤礦的給煤機(jī)進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，其利用變頻變速控制置換了過去的手動閥門控制，運用了新式的模塊化設(shè)計多用途標(biāo)準(zhǔn)變頻器，該系統(tǒng)有著科學(xué)的參數(shù)系統(tǒng)；調(diào)試軟件；模擬量輸入/輸出，數(shù)字量輸入以及機(jī)電器輸出，另外其通過1 臺變頻器來實現(xiàn)2 臺空氣壓縮機(jī)的驅(qū)動，利用儲氣罐的內(nèi)部壓力，來達(dá)到系統(tǒng)的壓力閉環(huán)管理，最終完成自動協(xié)調(diào)空氣壓縮機(jī)臺數(shù)及調(diào)整空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速， 完成了空氣壓縮機(jī)高效、節(jié)能工作。 在我國煤礦開采中變頻技術(shù)的使用有著極大的發(fā)展空間，在礦山中各類機(jī)電設(shè)備極多，如果可使得這些機(jī)電設(shè)備與變頻技術(shù)有效結(jié)合，那么變頻技術(shù)的使用將更加廣泛。

2.2 變頻技術(shù)在流體設(shè)備中的應(yīng)用分析

在煤礦中的流體設(shè)備主要包括通風(fēng)機(jī)及抽水機(jī)， 其中通風(fēng)機(jī)的自動調(diào)速設(shè)備主要分為瓦斯監(jiān)測和變頻控制兩個系統(tǒng)，其利用不同的技術(shù)實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)速的合理控制，可實現(xiàn)全面的自動化水平，借助通風(fēng)機(jī)內(nèi)部自動變速設(shè)備，使得原來部分的恒速轉(zhuǎn)葉變?yōu)榱爽F(xiàn)在的調(diào)速轉(zhuǎn)動。

2.3 交流四象限變頻器的應(yīng)用分析

在煤礦中的對于提升機(jī)、采煤機(jī)等這類機(jī)電設(shè)備，因為其有著大量的啟動。 停止及變速要求，因此在變頻器使用時，就要求其具備四象限工作。 四象限變頻器使得整個電路內(nèi)部的流橋變?yōu)橹悄芄β氏到y(tǒng)（即為可控制流橋），其可在電動機(jī)工作狀態(tài)下，完成有效的調(diào)速。

3 煤礦中各類機(jī)電設(shè)備結(jié)合變頻技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用及優(yōu)點

在煤礦的特殊環(huán)境中已有為煤礦風(fēng)機(jī)專門進(jìn)行設(shè)計的常用變頻調(diào)速裝置， 比如在楊村的礦難風(fēng)井的重新改造過程中，該裝置具有很多的優(yōu)點，其主要的優(yōu)點可以描述如下：（1）可以很好的避免瓦斯超限。 在供電正常的情況下，要根據(jù)掘進(jìn)工作面的多少確定瓦斯的數(shù)量，通風(fēng)機(jī)中的自動調(diào)速裝置可以根據(jù)具體的情形進(jìn)行風(fēng)速的調(diào)整，預(yù)防瓦斯超限的情況，或者預(yù)防風(fēng)量太大而造成揚塵的出現(xiàn)。（2）節(jié)能通風(fēng)措施的實現(xiàn)。在整個掘進(jìn)過程中，只要用一臺足夠容量的通風(fēng)機(jī)，風(fēng)量即可滿足各種情況的需要，這就在一定程度上減少了局部位置風(fēng)機(jī)的更換措施，不僅能夠節(jié)省較多的時間，還能夠使電能得到節(jié)約。 （3）沒有最大的效率限制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)瓦斯的自動排放還可以進(jìn)行自行控制。 在出現(xiàn)了可以預(yù)測的不出現(xiàn)風(fēng)的狀態(tài)或者意外停電時，在掘進(jìn)工作面中的瓦斯數(shù)量超過了限制，此時就可以不借助人工的力量進(jìn)行瓦斯的排放， 只要調(diào)動自動調(diào)速裝置，就可以實現(xiàn)目標(biāo)，不但能夠保證安全還能夠取得較高的效率。 （4）在通風(fēng)過程中采用串風(fēng)通風(fēng)措施，能夠有效的保證上下級之間的通風(fēng)安全。 在使用串風(fēng)措施的情況下，可以在自動調(diào)速裝置的幫助下對上級給予的風(fēng)量進(jìn)行控制，這樣能夠有效保證進(jìn)入下級工作面中風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛鹊臄?shù)量，從而起到了保障下級通風(fēng)的重要措施。 （5））軟啟動。 通過采取軟啟動模式可以改變通風(fēng)機(jī)部分裝置全壓啟動狀態(tài)，同時還可以通過促進(jìn)部分啟動對加載率、轉(zhuǎn)速固定化等向軟啟動進(jìn)行演變。 （6）需要對“一風(fēng)吹”進(jìn)行避免和預(yù)防，通過對通風(fēng)機(jī)的處理能夠有效實現(xiàn)對其局部位置的控制，還能夠?qū)ζ滹L(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，通過采取措施使通風(fēng)機(jī)局部的全壓變成了軟啟動，這就能夠避免通風(fēng)機(jī)在全壓情況下出現(xiàn) “一風(fēng)吹”。 該裝置的性能能夠達(dá)到防治爆炸的標(biāo)準(zhǔn)，在我國巷道的掘進(jìn)過程中提供了有效手段。

3.2 采煤機(jī)中的應(yīng)用及優(yōu)點

目前， 我國的變頻技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到國際領(lǐng)先水平， 由我國生產(chǎn)并制造的變頻式采煤機(jī)已經(jīng)達(dá)到2×110kW 以上的行走功率，相對應(yīng)的電壓數(shù)值為380V，可以很輕松的實現(xiàn)在轉(zhuǎn)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下，對轉(zhuǎn)機(jī)恒定轉(zhuǎn)矩的適當(dāng)調(diào)整。 采煤機(jī)中的變頻提速模式已經(jīng)由傳統(tǒng)的“一拖二“逐步過渡到“一拖一”， 具體表現(xiàn)在原有的能量回饋型四象限在運行領(lǐng)域內(nèi)開始使用交流變頻采煤技術(shù)，其中對額定轉(zhuǎn)速上面開始的恒定功率的調(diào)整來說， 還要求使用兩臺變頻器進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的平衡調(diào)整，另外還要進(jìn)行逐從控制。 通過對某煤礦的采煤機(jī)使用情況研究發(fā)現(xiàn)，采區(qū)的傾角處于13 度到19 度之間，局部范圍的傾角介于26 度到31 度之間，通過對現(xiàn)場的實際工作狀態(tài)進(jìn)行分析認(rèn)為：使用的四象限變頻器進(jìn)行調(diào)速的采煤機(jī)可實現(xiàn)較大范圍內(nèi)的工作面傾角適當(dāng)調(diào)整，可實現(xiàn)將采煤機(jī)的牽引速度保持在一個恒定不變的狀態(tài)下，杜絕了機(jī)器出現(xiàn)下滑跑道等現(xiàn)象。 另外由于機(jī)器結(jié)構(gòu)并不是特別復(fù)雜，因此操作相對較為簡單，還可實現(xiàn)對采煤機(jī)速度的有效調(diào)控。

3.3 提升機(jī)中的應(yīng)用及優(yōu)點

我國西北某煤礦公司首先使用了變頻防爆提升機(jī)， 該設(shè)備利用無速度矢量遙感器控制模式，具備四象限運行。 系統(tǒng)設(shè)定有過流、欠壓、過壓及電機(jī)缺相等保護(hù)措施。 另外風(fēng)光提升機(jī)變頻器是我國變頻提升機(jī)中的杰出產(chǎn)品，其廣泛的適用于我國各大礦山，其中最先進(jìn)的JD-BP32-185P 型提升機(jī)是其中的代表之一，該提升機(jī)具備優(yōu)良的數(shù)字化控制系統(tǒng)并設(shè)計安裝有專用的軟件，于此同時，系統(tǒng)還具備較強(qiáng)可兼容性、升級性等特點，另外系統(tǒng)還有著合理的輸入輸出接口電路，因此可很好的完成遠(yuǎn)程調(diào)控。

4 煤礦中機(jī)電設(shè)備結(jié)合變頻技術(shù)的應(yīng)用前景

當(dāng)前， 在礦山企業(yè)中運用變頻技術(shù)已經(jīng)成為礦山企業(yè)增加經(jīng)濟(jì)效益的一個必然途徑，但是在我國仍有一些地方?jīng)]有得到普及。 在我國變頻技術(shù)的市場空間極為廣泛，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面;（1）由于我國礦山基數(shù)本來就很大，且企業(yè)各種機(jī)電設(shè)備種類很多，在進(jìn)行變頻技術(shù)利用時，所需求的量也非常多。 這種情況致使我國變頻技術(shù)擁有極為廣闊的應(yīng)用前景；（2）由于計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及各種機(jī)電技術(shù)的高速發(fā)展，致使變頻器在控制精度及控制靈活性上得到了很大的發(fā)展，并且其功能也會得到不斷進(jìn)步， 這樣網(wǎng)絡(luò)管理礦山就變?yōu)榭赡埽诰W(wǎng)絡(luò)管理過程中對變頻器的應(yīng)用本身就是一個極為重要的中間環(huán)節(jié)；（3）隨著變頻器技術(shù)的不斷創(chuàng)新，致使變頻器功能不斷向著專業(yè)化邁進(jìn)，對于煤礦而言，由于其作業(yè)的特殊性，例如易燃易爆特點，就導(dǎo)致變頻器本身必須擁有應(yīng)對這些煤礦開采中機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)問題的處理措施。

5 結(jié)語

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善， 電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)也取得了迅速的發(fā)展，高壓問題因為引進(jìn)高壓大功率變頻調(diào)速裝置而得到了根本上的解決。 采用交流電機(jī)變頻調(diào)速能夠最大限度的節(jié)約電能，完善工藝流程，使產(chǎn)品質(zhì)量得到改善，同時成為改善運行環(huán)境的重要手段之一。 而變頻技術(shù)以其高功率因數(shù)、高效能以及其優(yōu)良實用性，被越來越多的礦產(chǎn)企業(yè)所認(rèn)同，目前變頻技術(shù)雖然在礦山機(jī)電設(shè)備中的使用越來越廣泛，但是在一些專業(yè)領(lǐng)域，如智能化、遠(yuǎn)程控制等方面我國仍處在研發(fā)階段，因此這就需要相關(guān)的研究人員及學(xué)者不斷學(xué)習(xí)新的知識，以不斷創(chuàng)新出新技術(shù)新設(shè)備以供企業(yè)的使用。

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