探討變頻節(jié)能技術(shù)在我國煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

摘要：目前煤礦生產(chǎn)必須堅(jiān)持兩大原則，即安全節(jié)能，提高生產(chǎn)效率。隨著經(jīng)濟(jì)、科技的迅猛發(fā)展，能源資源日益緊張的問題越來越突出。因此一定要加強(qiáng)改進(jìn)煤礦電機(jī)設(shè)備，促進(jìn)其技術(shù)含量、使用性能不斷提高。特別是應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)后，煤礦機(jī)電設(shè)備的調(diào)節(jié)功能與節(jié)能性能顯著提高，明顯改善了機(jī)電設(shè)備在煤礦生產(chǎn)中的使用條件。文章對(duì)變頻技術(shù)的原理進(jìn)行了分析，研究變頻節(jié)能技術(shù)在國內(nèi)煤礦機(jī)電設(shè)備中的實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)研究了變頻節(jié)能技術(shù)廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：變頻節(jié)能技術(shù)；煤礦機(jī)電設(shè)備；應(yīng)用；效率

我國是煤礦大國，儲(chǔ)備著豐富的煤礦資源，我國土地面積廣闊，巨大的煤礦資源就蘊(yùn)藏在我國的地表土層中。煤礦業(yè)的發(fā)展為對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展來說，煤礦業(yè)發(fā)揮了重大的推動(dòng)作用。但是從當(dāng)前國內(nèi)煤礦開采業(yè)實(shí)際發(fā)展情況來看，總體形勢不是很樂觀，全國各地的煤礦，特別是很多小煤礦，在開采技術(shù)方面依然十分傳統(tǒng)落后，生產(chǎn)過程中沒有妥善解決好安全保障問題，并且煤礦生產(chǎn)消耗很高，生產(chǎn)效率普遍很較低。為了對(duì)這種情況做出改變，在煤礦機(jī)電設(shè)備的中變頻節(jié)能技術(shù)慢慢獲得了應(yīng)用，經(jīng)過理論以及實(shí)踐的驗(yàn)證，在煤礦機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用中，變頻節(jié)能技術(shù)展現(xiàn)出了良好的使用性能，具有很高的應(yīng)用價(jià)值，值得大力推廣，促進(jìn)煤礦生產(chǎn)效率顯著提高，在有效機(jī)械調(diào)節(jié)、節(jié)能安全等方面顯現(xiàn)出了極高的價(jià)值。

1.變頻節(jié)能技術(shù)在點(diǎn)前煤礦機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用情況及基本原理

生產(chǎn)安全是煤礦生產(chǎn)的頭等大事，生產(chǎn)安全在煤礦生產(chǎn)中具有十分嚴(yán)格的要求，因此在煤礦機(jī)電設(shè)備中，變頻節(jié)能技術(shù)并未輕易獲得應(yīng)用。但隨著節(jié)能理念的不斷推廣以及電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，在煤礦生產(chǎn)的機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)慢慢獲得了應(yīng)用，像礦井空壓機(jī)、提升機(jī)、皮帶輸送機(jī)、采煤機(jī)等。節(jié)能變頻技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中逐漸被獲得認(rèn)可，機(jī)電設(shè)備運(yùn)用節(jié)能變頻技術(shù)后，其運(yùn)轉(zhuǎn)效率顯著提升，同一機(jī)電設(shè)備與過去未使用這項(xiàng)技術(shù)比較，顯著降低了的耗能量，在設(shè)備維修養(yǎng)護(hù)支出方面也實(shí)現(xiàn)了明顯的降低，在提高煤礦產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益方面顯示了巨大的推動(dòng)作用。

變頻節(jié)能技術(shù)明顯改善了煤礦機(jī)電設(shè)備的性能，其有什么樣的應(yīng)用原理呢？與其他傳統(tǒng)的交流電比較，變頻節(jié)能技術(shù)具有自身獨(dú)特的特點(diǎn)，變頻節(jié)能技術(shù)主要依靠變頻調(diào)速技術(shù)轉(zhuǎn)化交流電的固定頻率，使其發(fā)展為可以被充分利用的變動(dòng)資源。

第一方面功率器件。智能功率模塊IPM是經(jīng)過GTRIGBT的更替發(fā)展起來的，可以不斷提高變頻的功率。第二方面大幅度改建了壓頻比（U/f）控制方式，成為控制理論方面的重大突破與革新，之所以能夠取得這種突破與創(chuàng)新，主要得益于矢量的控制辦法的運(yùn)用，以及采取了直接的轉(zhuǎn)矩控制，可以在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中在更為廣闊的范圍內(nèi)應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)。第三方面研發(fā)方向有了新的進(jìn)展，在控制方法方面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊自優(yōu)化控制等都是新產(chǎn)生的控制方法，在更為廣闊的范圍中，整個(gè)變頻技術(shù)的集成系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)集中，在技術(shù)方面改變了過去數(shù)字信息處理比較單一的情況，發(fā)展至現(xiàn)階段十分先進(jìn)的高級(jí)專用集成電路已經(jīng)被應(yīng)用。自單片機(jī)起，數(shù)字信號(hào)處理器（DPS）產(chǎn)生，之后出現(xiàn)了精簡指令集計(jì)算機(jī)（RISC），發(fā)展到今天已經(jīng)有了高級(jí)專用集成電路（ASIC）。

再就是從整個(gè)變頻的功能方面來看，在綜合應(yīng)用方面取得了顯著的進(jìn)展，一方面擁有一般的調(diào)速功能，而且兼具通信功能、編程序參數(shù)辨識(shí)等多種功能。電力半導(dǎo)體器件具有通斷作用，憑借著這種作用轉(zhuǎn)換固定不變的電壓與頻率的工頻交流電，使電壓或頻率成為可變的交流電，這種電能控制設(shè)備實(shí)際上就是“變頻器”。變頻調(diào)速實(shí)際上就是利用對(duì)電動(dòng)機(jī)電源頻率改變，達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的。

2.在國內(nèi)煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用相關(guān)分析

變頻節(jié)能技術(shù)經(jīng)歷了長時(shí)間的發(fā)展，逐漸開始廣泛應(yīng)用于國內(nèi)煤礦機(jī)電設(shè)備技術(shù)中。本人在了解煤礦機(jī)電設(shè)備的基礎(chǔ)上，深入研究了節(jié)能變頻技術(shù)，關(guān)于變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用本人進(jìn)行了分析，具體分析主要結(jié)合煤礦提升機(jī)、采煤機(jī)、流體負(fù)荷設(shè)備、皮帶輸送機(jī)等展開，具體如下：

2.1在煤礦提升機(jī)中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

在煤礦當(dāng)中，煤礦提升機(jī)是不可缺少的機(jī)電設(shè)備，無論對(duì)煤礦人員安全來說，還是對(duì)煤礦生產(chǎn)安全來說其作用都很關(guān)鍵。傳統(tǒng)調(diào)速主要通過將金屬電阻接入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路內(nèi)，盡管這種方法可以實(shí)現(xiàn)這一目的，但現(xiàn)實(shí)運(yùn)用，往往安全隱患較高，而且會(huì)消耗大量的電能。將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于煤礦提升機(jī)中，大部分是將交流四象限變頻調(diào)速系統(tǒng)與變頻防爆提升機(jī)配合，在控制方面達(dá)到數(shù)字信息化，在輸入與輸出接口完備的條件下，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制煤礦提升機(jī)，為提升機(jī)能夠?qū)ξ锪吓c人員安全順利地輸送創(chuàng)造保證條件。

2.2在煤礦采煤機(jī)中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

采煤機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)由原來的“一拖二”成功發(fā)展至“一拖一”，就國內(nèi)能量回饋型四象限運(yùn)行的交流變頸調(diào)速采煤技術(shù)來說，已經(jīng)取得全球領(lǐng)先地位，我國自行生產(chǎn)的電牽引采煤機(jī)變頻器電壓達(dá)到了380V，行走功率最高達(dá)到了2×110KW，可以達(dá)到超過額定轉(zhuǎn)速恒定功率調(diào)速、額定轉(zhuǎn)速下恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速，兩臺(tái)變頻器之間的轉(zhuǎn)矩平衡與主從控制。就現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行狀況而言，對(duì)大傾角工作面，四象限變頻器調(diào)速電牽引采煤機(jī)可以在更為廣闊范圍內(nèi)調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩，使?fàn)恳俣瓤傮w上保持不變，機(jī)器無任何下滑跑車情況發(fā)生，控制起來十分靈活，結(jié)構(gòu)特別簡單。方便操作，而且速度調(diào)節(jié)非常穩(wěn)定可靠。

2.3在煤礦流體負(fù)荷設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

在流體負(fù)荷設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，大部分集中在泵所還有風(fēng)機(jī)采用的變頻調(diào)速。變頻調(diào)速在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用日益多起來，專門為煤礦獨(dú)特環(huán)境設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速設(shè)備也產(chǎn)生了。風(fēng)機(jī)被改造后，轉(zhuǎn)速與改進(jìn)前最低轉(zhuǎn)速比較實(shí)際上大幅度下降了。電機(jī)實(shí)際輸出功率與礦井特性更加適應(yīng)，具體為前導(dǎo)器沒有改進(jìn)時(shí)半關(guān)閉時(shí)的1/3風(fēng)量與風(fēng)壓，每年的電費(fèi)顯著降低了。而變頻調(diào)速能夠靈活應(yīng)用于礦區(qū)給水、給液用泵中，使得設(shè)備的機(jī)械沖擊大幅度降低了，工藝系統(tǒng)控制具備了更為強(qiáng)大的靈活性，產(chǎn)品質(zhì)量上升到了新的高度。對(duì)抽水泵的平滑起停能夠靈活控制，可以適時(shí)增速或減速，為井下液位保持恒定創(chuàng)造了條件，使得泵空轉(zhuǎn)時(shí)間與頻繁起停產(chǎn)生的能耗顯著降低，在很大程度上降低了機(jī)械設(shè)備的損耗，為生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高效、安全運(yùn)行創(chuàng)造了有利的保障。

2.4在煤礦皮帶輸送機(jī)中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

在煤礦皮帶機(jī)中應(yīng)用變頻技術(shù)在原理上與煤礦提升機(jī)是一樣的。井下的煤炭被皮帶運(yùn)送至地面這一過程中，對(duì)摩擦力產(chǎn)生的牽引作用充分利用，依靠摩擦力與張力變形產(chǎn)生帶動(dòng)作用，使物體在支撐輥輪上發(fā)生運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使煤炭運(yùn)送工作順利完成。就傳統(tǒng)煤礦皮帶機(jī)運(yùn)輸來看，皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)通常依靠液力耦合器來完成，這樣往往容易導(dǎo)致皮帶發(fā)生老化與斷裂的情況。對(duì)變頻技能技術(shù)應(yīng)用后，能夠使電機(jī)啟動(dòng)過程中電流波動(dòng)顯著降低，使得機(jī)電內(nèi)的發(fā)熱與機(jī)械沖擊現(xiàn)象降低?？梢员ＷC最大程度低發(fā)揮皮帶機(jī)的傳送功能，對(duì)功率平均與同步問題實(shí)現(xiàn)了妥善解決。

3.結(jié)語

結(jié)合變頻節(jié)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用來看，變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于煤礦提升機(jī)、采煤機(jī)、流體負(fù)荷設(shè)備、皮帶輸送機(jī)等等機(jī)電設(shè)備后，在節(jié)能方面取得了良好的效果，能源消耗節(jié)約比例達(dá)到了20%至30%。結(jié)合現(xiàn)階段煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況來看，其具有十分廣闊的發(fā)展前景，特別是在社會(huì)對(duì)能源需求量不斷提高的形勢下，變頻節(jié)能技術(shù)在使用方面顯現(xiàn)出高效、節(jié)能、安全的優(yōu)勢，因此一定會(huì)成為今后煤礦機(jī)電設(shè)備發(fā)展的主要方向，除了上述幾種機(jī)電設(shè)備已經(jīng)使用了變頻節(jié)能技術(shù)，還有別的很多煤礦機(jī)電設(shè)備需要加強(qiáng)改進(jìn)，所以，發(fā)展同其相適應(yīng)的變頻節(jié)能技術(shù)具有很強(qiáng)的必要性。

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作者簡介：索少龍（1980.8.2-）男，漢族，陜西省寶雞市陳倉區(qū)人，2014年畢業(yè)于內(nèi)蒙古烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院采礦開采技術(shù)，中國神華神東煤炭集團(tuán)石圪臺(tái)煤運(yùn)轉(zhuǎn)二隊(duì)目前從事于機(jī)電專業(yè)。