關于煤礦機電設備變頻節(jié)能技術的應用探究

谷彬

(中國神華神東煤炭集團榆家梁煤礦,陜西神木 719316)

關于煤礦機電設備變頻節(jié)能技術的應用探究

谷彬

(中國神華神東煤炭集團榆家梁煤礦,陜西神木 719316)

現(xiàn)如今經濟飛速發(fā)展,帶動科學不斷地進步,使得我國的煤炭行業(yè)在技術上和工藝上也出現(xiàn)了革新,這為我國現(xiàn)階段在提高經濟增長做出了很大的貢獻。但是,現(xiàn)階段我們的能源供應和經濟的發(fā)展步調不相一致,所以出現(xiàn)了能源供應不足使得經濟發(fā)展緩慢的問題。所以,在這一條件下,技術上改革創(chuàng)新成為下一步的目標,然而,變頻節(jié)能技術正是這一目標下的產物,它是一種特別有效的節(jié)能技術。本篇文章主要對其在煤礦中的應用進行一系列的探索與分析。

機電設備 煤礦 變頻節(jié)能

1 引言

眾所周知，我國的煤炭儲備豐富，我國的地下有著巨大的煤礦資源。在我國的前期乃至當下，煤礦業(yè)也有著舉足輕重的重要作用，對經濟的發(fā)展做出巨大貢獻。但是，我國現(xiàn)階段的煤礦開采業(yè)卻很是蕭條，縱觀全國的煤礦，特別是一些小煤礦，他們的開采技術很落后，而且職工的安全問題得不到有力的保證，這造成了我國的煤炭采出率低下。所以我國加大技術創(chuàng)新的投入，最終使得變頻節(jié)能技術在各大煤礦中應用越來越多，通過我們的實踐考察，變頻節(jié)能技術越發(fā)成熟，在機電設備的應用中效果較佳。同時變頻節(jié)能技術的出現(xiàn)在推動我國煤炭業(yè)的發(fā)展，提高了采煤效率，實現(xiàn)了真正意義上的節(jié)能和低碳，在安全上也有著巨大的意義。

2 變頻節(jié)能技術的應用現(xiàn)狀及其原理

變頻節(jié)能技術在減少能源的消耗上起的的作用很是顯著，同時也是這一重因素使其在國際上的關注度也在節(jié)節(jié)攀升。對于其中的變頻調速技術來說，它是一種很先進的電動機驅動方式，它的優(yōu)勢在于它不僅能使電動機的轉速最經濟，同時還能達到節(jié)能的顯著目標。變頻調速的主要革新在于其對電力半導體器件的利用更為有效，它利用半導體的通斷來控制電壓和一層不變的工頻交流電在一定情況下改變，讓其變成電壓可變或者頻率可變的交流電，通常我們稱這種控制裝置為“變頻器”。所謂變頻器的工作原理如下所示：主要的方式還是由交流變直流再變交流的方式，具體說來就是通過整流器將工頻交流電轉變成直流電，最后在轉變?yōu)殡妷嚎煽鼗蝾l率可控的交流電源，最后在供給電動機使用的過程。一般來說，這種變頻器的電路有以下幾個部分組成，分別是其控制作用的部分、其逆變作用的部分、起整流作用的部分和中間的直流部分。具體來說，起逆流作用的部分是一種三相橋式逆變器IGBT，這種逆變器的不同在于其輸出的波形的脈沖寬度的，它是變頻技術的核心之一，所以在變頻節(jié)能技術中的地位和作用都是無與倫比的。而起整流作用的部分，它所用的是一種不可控的三相橋式整流器。下面在具體說一下中間直流部分，它的作用也比較重要，主要的作用是對無功功率的緩沖和儲能并過濾脈沖波。

隨著國際大環(huán)境的經濟發(fā)展，近年來新的科技技術和成果迸發(fā)出現(xiàn)，這為變頻技術的發(fā)展帶來了機遇和挑戰(zhàn)。變頻技術的能夠得到發(fā)展的優(yōu)勢在于：（1）在控制理論上，變頻的控制的模式不同于以前，它得到了較為完善的改進，不僅如此，它在實踐中的應用上包括矢量的控制模式和轉矩的控制模式上應用非常廣。（2)在器件的功率上，三相橋式逆變器(TGBT)和GTR的應用取得了很大的成功，并有著成為主流的發(fā)展趨勢。(3）在調節(jié)轉速的系統(tǒng)上，調速系統(tǒng)不論從準確度還是集成的程度上，都取得了很大的進步，性能也是有了較大的提高，例如在單片機中，數(shù)字信號處理器(DPS)、精簡指令集計算機(RISC)等都得到了較好的應用。（4）在其功能上，現(xiàn)在的變頻器在綜合性能上越來越高，在操作上越來越智能化，現(xiàn)如今它不僅僅能夠完成我們需要的調速，而且還能再通信和參數(shù)的識別上取得較好的效果。

3 變頻節(jié)能技術在煤礦機電設備中的應用分析

隨著變頻節(jié)能技術被越來越多的利用，可以發(fā)現(xiàn)它在節(jié)能和安全上有著很大的優(yōu)勢。就目前來講，它在煤礦行業(yè)中機電設備的應用就非常廣泛。筆者通過大量的文獻和實地的對煤礦機電設備的研究，將從其在提升機、采煤機、皮帶輸送機和流體負荷設備等上的應用進行一一論述。

3.1 提升機中變頻技術的應用

首先，提升機在煤礦生產中的作用不言而喻，它是一種可以保障工作人員安全的機電設備，在生產過程中起著很良好的作用。比如傳統(tǒng)的將金屬電阻用于電動機轉子電路中，即使是能夠起到調速的作用，但是，真正的操作起來卻存在很多的問題，特別是安全問題，其次就是電能的消耗量非常大的問題。然而我們現(xiàn)在所使用的變頻節(jié)能技術實現(xiàn)了數(shù)字信息化控制，它是將變頻防爆提升機和四象限變頻調速系統(tǒng)協(xié)調運用，提升機的遠程控制可以用輸出和輸入接口控制，這樣做能夠保證物料和工作人員的安全高效的輸送。

3.2 變頻技術在采煤機中的應用

隨著變頻技術的應用，采煤機中的變頻技術也得到了一定的運用，以前的采煤機都是“一拖二”，而運用了變頻技術之后可以實現(xiàn)“一拖一”，很大的提高了效益，現(xiàn)階段我國的采煤機的運行功率大到近3000kw，相對應的電壓是3300V，不僅能夠在額定轉速下完成恒定轉矩調速，而且還能再額定轉速之上時完成恒定功率調速，甚至能夠實現(xiàn)兩臺變頻器的轉矩平衡和主從控制。在實際的運行中可以看出，四象變頻器的運用可以對大傾角面的制動力矩進行調節(jié)，使得牽引速度維持不變，不會出現(xiàn)機器下滑的問題，這樣設計的優(yōu)點：可靠的調節(jié)速度、操作方便、結構簡單、控制靈活等。

采煤機的控制。(1)采煤機的操作控制。首先就采煤機的停機和啟動控制來說，它是將磁力啟動器先導和采煤機的控制回路通過一根控制芯線來連接，組成一個遠程的閉合回路。當通電后，采煤機左側的泵電機和割電機運行，使得變壓器輸出575V的交流電，然后再供給變頻調速電控裝置。大概再過5-7s的延時后，右側的割電機啟動。停機的過程有5個部分：變頻器箱蓋板上的總停按鈕1S2、左右端頭站的總停、左右遙控器的總停。在啟動的電路中接進了泵電機和割電機的溫接點。同時也將瓦斯接點與其他的故障接點一起接進啟動的電路中。所以，不論是那一臺檢測到瓦斯?jié)舛冗^高或溫度超限，都能斷開回路，從而確保安全工作。(2)運輸機控制。當操作人員將變頻器腔蓋上的1S3按下時，就能夠在采煤機上對運輸機進行停機的控制，但是也只能控制停機，不能控制運輸機的啟動。例如當對采煤機進行檢修時，運輸機應該處于關閉狀態(tài)。(3)電磁閥控制。對于電磁閥來說，采煤機上所使用的是五個隔爆電磁閥，他們分別對牽引機制動閘的松、抱進行控制，對采煤機上左右搖臂的升降進行控制。具體操作如，左右搖臂的升降是通過，左右遙控器上的上行鍵、下行鍵或者是手動來實現(xiàn)。程序的制動是通過PLC來控制的。

3.3 皮帶輸送機中變頻技術的應用

變頻技術在皮帶的傳輸機中的運用原理和在提升機中運用的原理的相差無幾。皮帶傳輸機的原理主要是通過發(fā)揮摩擦力的作用來實現(xiàn)傳輸?shù)模谶\用了變頻技術后，它能夠更好的將摩擦力的作用發(fā)揮出來，從而能夠很好的實現(xiàn)煤炭的輸送。在過去的皮帶傳輸機中，通常是對皮帶進行軟啟動，這樣一來很容易出現(xiàn)一些問題，這樣做會使皮帶出現(xiàn)易老化，甚至斷裂的情況。運用了新技術之后，變頻技術能夠將電機的啟動電流降低，此外還能避免一些機械沖擊和機械過熱的現(xiàn)象。如此一來就很好的解決了功率平均和同步的問題，能夠最大限度的提高傳輸機的效率。

3.4 流體負荷設備中變頻技術的應用

流體負荷設備中變頻技術的運用主要是在風機和泵中的變頻調速中體現(xiàn)出來，就日前來說，變頻調速在風機中的應用越來越廣，甚至是在一些特殊的情況中也能夠使用，例如煤礦。與沒有改進的風機相比，改進后的實際轉速降低了，能夠滿足煤礦中轉速的需求，這樣就能夠實現(xiàn)完成正常工作的前提下減少了電能的消耗，為企業(yè)的節(jié)約了電費。變頻技術在泵中的應用也數(shù)見不鮮，在煤礦給水的靈活運用就比之以前對機械的沖擊大大降低，同時使得整個工藝流程變得靈活。此外，還能夠實現(xiàn)對抽水泵的加速和減速的控制，啟動和停機的控制更加靈活。能夠保持井下液位不變，從而減少了泵的頻繁啟停和空轉的時間所引起的能量消耗，而且還降低了設備的機械損耗，保障了煤炭業(yè)的高效安全運作。

4 在煤礦機電設備中變頻節(jié)能技術的展望

眾所周知，自從變頻技術的出現(xiàn)，其在煤礦中的應用也越來越多，對我國的煤炭業(yè)的發(fā)展帶來了強大的技術支持，因此不難看出其在未來的發(fā)展狀況必將很大。同時隨著我國的經濟的日趨發(fā)展，煤炭業(yè)對變頻技術的應用也將是一大趨勢。我國的礦產資源豐富，所以在未來必會有很多的礦山需要開采，當然對機電設備的應用就不可少，所以與之對應的變頻節(jié)能技術就會在節(jié)能方面發(fā)揮著巨大的作用。綜上所述，未來是個技術化時代，所以變頻節(jié)能技術在煤礦的設備中的應用必將前途光明。

5 結語

我國是一個地大物博，礦產資源極其豐富的國家。所以煤礦在數(shù)量和規(guī)模上都是非常大的，當然對于機電設備的使用量也就非常巨大。這就為變頻技術的發(fā)展提供了肥沃的土壤。在我國，我們一直倡導節(jié)能減排、低碳環(huán)保，所以在煤炭的開采中實現(xiàn)節(jié)能減排、提高效率的目標就得依靠技術的革新，然而變頻技術能夠滿足上述目標，所以在我國的煤炭業(yè)中推廣這一技術，不僅為企業(yè)帶來巨大的效益，甚至對我國的經濟和社會的發(fā)展都具有一定的推動作用。

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