煤礦機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能技術(shù)探討

劉艷春　盧尚工

摘 要：我國幅員遼闊，有著豐富的煤礦資源，受經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，煤礦開放依舊是我國重要的經(jīng)濟(jì)活動之一。在煤礦開發(fā)中需要應(yīng)用到大量的機(jī)電設(shè)備，基于提高生產(chǎn)安全性的目標(biāo)，舊的機(jī)電設(shè)備需應(yīng)用變頻技術(shù)進(jìn)行改造，新的設(shè)備從設(shè)計(jì)之初就引入了變頻技術(shù)。從實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)來看，變頻技術(shù)的應(yīng)用也的確提升設(shè)備運(yùn)行的安全性，且也很好低契合了國家節(jié)能減排的要求。文章則對煤礦機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能技術(shù)探討。

關(guān)鍵詞：煤礦；機(jī)電設(shè)備；變頻節(jié)能技術(shù)

在很長的一段時間內(nèi)，煤礦資源是支撐國民經(jīng)濟(jì)不斷向前發(fā)展的重要力量。隨著環(huán)境的惡化、煤礦資源的消耗以及煤礦安全事故的頻發(fā)，亟待引入新技術(shù)來提高煤礦生產(chǎn)的效益和安全性。在這種大環(huán)境下，變頻節(jié)能技術(shù)得到推廣應(yīng)用，應(yīng)用變頻技術(shù)對機(jī)電設(shè)備進(jìn)行升級改造，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)效率和安全性的雙重提升。

1 煤礦機(jī)電變頻節(jié)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

煤礦的安全問題不僅是生產(chǎn)問題，也是社會問題，在制約煤礦生存和發(fā)展的同時，也影響著社會的健康與和諧，所以說提高煤礦生產(chǎn)的安全性具有重要意義，這也是應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)的目標(biāo)。不過，變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用并不是一帆風(fēng)順的，在變頻技術(shù)出現(xiàn)之初，受技術(shù)條件的限制，變頻節(jié)能技術(shù)并沒有貿(mào)然引入變頻技術(shù)，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展及成熟，其在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用才普及開[1]。變頻技術(shù)最早應(yīng)用于采煤機(jī)、皮帶輸送機(jī)、提升機(jī)、空壓機(jī)等，經(jīng)過一段時間的應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)應(yīng)用變頻技術(shù)改造后的設(shè)備，其能耗遠(yuǎn)低于、效率遠(yuǎn)高于改造前，且設(shè)備更不容易磨損，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的雙重提升，從另外一個側(cè)面也說明變頻節(jié)能技術(shù)能提高煤礦機(jī)電設(shè)備的性能。變頻技術(shù)的應(yīng)用，使得交流電的固定頻率成為一種能被機(jī)電設(shè)備充分利用的變動資源，這是其與傳統(tǒng)的交流電最大的不同之處，具體表現(xiàn)為（1）從IGBT、GTR基礎(chǔ)上發(fā)展起來的智能功率模塊IPM能增加變頻的功率。（2）采用了矢量控制和轉(zhuǎn)矩控制，通過改進(jìn)壓頻比（U/f）來擴(kuò)展變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用范圍，使得控制理論進(jìn)一步向前發(fā)展。（3）革新了模糊自優(yōu)化控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)了數(shù)字信息處理技術(shù)的向集成化發(fā)展，使得，完成了技術(shù)的跨越發(fā)展，從單片機(jī)發(fā)展為高級專用集成電路（AsIc）、精簡指令集計(jì)算機(jī)（Iuse）、數(shù)字信號處理器（DPS）。（4）變頻技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了調(diào)速功能，還逐漸發(fā)展出編程序參數(shù)辨識、通信等功能。

2 煤礦機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 變頻技術(shù)在提升機(jī)中的應(yīng)用

提升機(jī)是煤礦生產(chǎn)應(yīng)用的合理設(shè)備之一，承擔(dān)者輸送人員和物料的任務(wù)，其運(yùn)行的安全性直接關(guān)系到生命財(cái)產(chǎn)安全。在很長的一段時間內(nèi)，為了實(shí)現(xiàn)傳送速度的控制，電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路會使用金屬電阻，盡管調(diào)速的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，但該種方法存在電能消耗更大、安全隱含依舊存在的問題。變頻技術(shù)的的出現(xiàn)與成熟很好解決了上述問題，應(yīng)用變頻技術(shù)后可配合應(yīng)用提升機(jī)的變頻防爆提升機(jī)與交流四象限變頻調(diào)速系統(tǒng)[2]（如圖1），輔助用計(jì)算機(jī)即可完成對提升機(jī)的數(shù)學(xué)信息化控制，繼而實(shí)現(xiàn)了提升機(jī)的遠(yuǎn)程控制，不僅提升減少了對電能的消耗，還提升了提升機(jī)運(yùn)行的安全性。

2.2 變頻技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用

隨著變頻技術(shù)的發(fā)展與成熟，采煤機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)以從前的“一拖二”升級至“一拖一”，越來越成熟完善。國產(chǎn)電牽引采煤機(jī)的變頻器電壓是380V，最大行走功率為2×100KW，能在額定轉(zhuǎn)速、恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速下實(shí)現(xiàn)臺變頻器之間的轉(zhuǎn)矩平衡和主從控制以及恒定功率調(diào)速。從具體的應(yīng)用情況來看，對于傾角較大的工作面，采煤機(jī)如果采用四象限變頻器調(diào)速電進(jìn)行牽引可對制動力矩進(jìn)行大范圍的調(diào)節(jié)，保證了即使不增加牽引速度機(jī)器也不會出現(xiàn)下滑跑車的現(xiàn)象[3]?？偟膩碚f，采煤機(jī)應(yīng)用變頻技術(shù)后，除了結(jié)構(gòu)能進(jìn)一步簡化，還具備控制靈活、操作方便、速度調(diào)節(jié)可靠的優(yōu)點(diǎn)。

2.3 變頻技術(shù)在皮帶輸送機(jī)中的應(yīng)用

變頻技術(shù)在皮帶輸送機(jī)、提升機(jī)的應(yīng)用原理相同。皮帶輸送機(jī)主要任務(wù)是運(yùn)送井下煤炭，在這個過程中煤炭受到向下的重力，垂直皮帶的彈力以及與皮帶運(yùn)動速度相同的摩擦力，其中垂直皮帶的彈力與皮帶張力大小相同，方向相反，使得皮膚能被支撐輥輪帶動，而皮帶運(yùn)動速度相同的摩擦力使得煤炭不從皮帶上滑落，繼而完成煤炭的向上輸送。在很長的一段時間內(nèi)，皮帶輸送機(jī)主要采用液力耦合器進(jìn)行啟動，其主要問題是這種啟動方式會加速皮帶的老化和斷裂，影響媒體運(yùn)輸。變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)電內(nèi)的沖擊、機(jī)械發(fā)熱等現(xiàn)象明顯減少，電機(jī)啟動時電流也更加的穩(wěn)定，使得運(yùn)輸更加的同步及運(yùn)輸功率更加平均，極大地提升了皮帶機(jī)的傳送功能。

2.4 變頻技術(shù)在流體負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用

風(fēng)機(jī)、泵是最主要的流體負(fù)荷設(shè)備，其對變頻技術(shù)的應(yīng)用最具有代表性。由于變頻技術(shù)的優(yōu)勢較為明顯，目前絕大數(shù)風(fēng)機(jī)都采用變頻調(diào)速，甚至出現(xiàn)了能適應(yīng)特殊煤礦環(huán)境的變頻調(diào)速裝置。在同樣的工況下，經(jīng)變頻技術(shù)改造后風(fēng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速明顯低于改進(jìn)前，不僅減低了企業(yè)的電費(fèi)支出，還使得風(fēng)機(jī)更加適應(yīng)礦井特殊的工況。在礦區(qū)給水、給液用泵中變頻調(diào)速同樣具有廣泛的應(yīng)用，極大地提升工藝系統(tǒng)控制的靈活性，減低了設(shè)備的機(jī)械沖擊，這使得設(shè)備的使用壽命更長[4]。此外，抽水泵使用變頻技術(shù)后，其平滑起停、加減速的控制將更加地靈活，減少了頻繁起停和泵空轉(zhuǎn)時間，避免了電能的消耗和設(shè)備的磨損，同時也可使得井下液位處一直處于恒定狀態(tài)，這減少能耗及設(shè)備維護(hù)費(fèi)用的基礎(chǔ)上提高了煤礦作業(yè)的效率和安全性。

3 煤礦機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能技術(shù)的發(fā)展前景

由于節(jié)能、安全，煤礦機(jī)電設(shè)備應(yīng)用變頻技術(shù)是未來煤礦行業(yè)發(fā)展的整體趨勢。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展以及我國經(jīng)濟(jì)的騰飛，變頻節(jié)能技術(shù)已在在煤礦機(jī)電設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用，但其仍具有較大的應(yīng)用前景。這是因?yàn)槲覈耘f有許多煤礦要開發(fā)，且機(jī)電設(shè)備的種類和數(shù)量也越來越豐富，這就使得變頻節(jié)能技術(shù)有較大的可能應(yīng)用于新的機(jī)電設(shè)備。此外，基于提高舊設(shè)備利用率的目標(biāo)，許多老舊設(shè)備需要應(yīng)用變頻技術(shù)進(jìn)行改造。總的來說，在煤礦的大量開發(fā)以及機(jī)電設(shè)備大量應(yīng)用的大環(huán)境下，變頻節(jié)能技術(shù)在未來依舊有著廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)束語

提高生產(chǎn)效率、確保生產(chǎn)安全是煤礦生產(chǎn)最基本的要求，缺一不可。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國對能源和資源需求越來越大，提高煤礦生產(chǎn)效率是確保我國能源安全的重要舉措，所以說我們應(yīng)盡可能提高機(jī)電設(shè)備的性能，除此之處還要確保設(shè)備運(yùn)行的安全性，變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用同時解決上述兩個問題。文章首先論述了變頻節(jié)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，接著論述其在煤礦機(jī)電設(shè)備中具體應(yīng)用，并在最后展望了其未來的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]董維新.我國煤礦機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2011（1）：148.

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作者簡介：劉艷春（1971，1-），女，漢族，內(nèi)蒙古包頭人，內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料學(xué)碩士，講師，研究方向：金屬材料。