煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻技術(shù)的應(yīng)用

張 一，仝瑞靈，陳 磊

山東能源棗莊礦業(yè)集團(tuán)蔣莊煤礦，山東滕州 277519

煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻技術(shù)的應(yīng)用

張 一，仝瑞靈，陳 磊

山東能源棗莊礦業(yè)集團(tuán)蔣莊煤礦，山東滕州 277519

隨著煤炭企業(yè)建設(shè)水平的提高，變頻技術(shù)憑借其良好的節(jié)能效果等優(yōu)點(diǎn)在煤礦機(jī)電設(shè)備中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。文章首先闡述了變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理及應(yīng)用現(xiàn)狀，繼而探討了其實(shí)際應(yīng)用，詳細(xì)分析了掘進(jìn)機(jī)、提升機(jī)、皮帶輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)四類主要耗電煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻技術(shù)的應(yīng)用情況，指出了應(yīng)用變頻技術(shù)的必要性。

變頻技術(shù)；煤礦機(jī)電設(shè)備；應(yīng)用

我國(guó)是煤炭生產(chǎn)大國(guó)，煤炭企業(yè)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人們生活質(zhì)量的提高以及煤炭資源數(shù)量的減少，煤炭企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。為了尋求有力的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，降低能耗、提高運(yùn)作效率，響應(yīng)低碳環(huán)保號(hào)召，在煤礦機(jī)電設(shè)備中引用變頻節(jié)能技術(shù)成為越來(lái)越多煤炭企業(yè)的選擇。因而探索變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用情況具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1）具有良好的調(diào)速功能，可靠性，高效率，高功率因數(shù)。這些都是其他裝置所不具有的。在一定時(shí)間內(nèi)，變頻調(diào)速器的原理就是根據(jù)其內(nèi)的矢量控制模式，與電機(jī)的靜、動(dòng)態(tài)實(shí)際參數(shù)和電機(jī)的實(shí)際負(fù)荷相結(jié)合，以在動(dòng)電流小于額定電流的前提下，用矢量方式來(lái)加大其啟動(dòng)力矩，使得電機(jī)的頻率逐漸增大，由零增加到正常頻率，最后對(duì)其進(jìn)行控制。對(duì)電機(jī)的控制主要是根據(jù)電機(jī)負(fù)荷的變化和實(shí)際工藝參數(shù)的變化，相應(yīng)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此來(lái)達(dá)到電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。這樣處理，降低了電機(jī)的損耗，還能夠使得調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)償，電機(jī)的無(wú)功功率提高了電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功率因素，減少了無(wú)功損耗，使效率提高。

2）具有測(cè)控方便，保護(hù)齊全，開(kāi)環(huán)閉環(huán)都可以自動(dòng)制動(dòng)的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的最重要性能。

3）具有節(jié)約電能，改善工藝流程，最終提高產(chǎn)品質(zhì)量的性能，使得電機(jī)所需要的物料的流量、壓力，能達(dá)到最佳參數(shù)。這樣，不僅減少不必要的浪費(fèi)，而且調(diào)速過(guò)程本身消耗很小，無(wú)噪聲。與傳統(tǒng)調(diào)速的相比，省去了穩(wěn)定速度設(shè)備和反饋控制設(shè)備。

2 變頻技術(shù)的概況

2.1 變頻技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

機(jī)電設(shè)備作為煤礦井下作業(yè)中最主要的耗電設(shè)備，在追求“低耗能高產(chǎn)出”的煤炭企業(yè)中是最大的障礙，而變頻技術(shù)有著良好的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，因而被越來(lái)越多的應(yīng)用到煤礦機(jī)電設(shè)備中。在我國(guó)的煤礦機(jī)電設(shè)備中，變頻技術(shù)成為重要的節(jié)能手段，它能夠有效改善機(jī)電設(shè)備的工作狀態(tài)，提高運(yùn)作效率，眾多煤炭企業(yè)在應(yīng)用變頻技術(shù)的同時(shí)又不斷尋求新突破，變頻技術(shù)將在煤礦機(jī)電設(shè)備中有著廣闊的應(yīng)用前景。

2.2 變頻技術(shù)的基本原理

變頻技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是改變交流電的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備自動(dòng)控制，降低電能損耗。變頻技術(shù)中起主導(dǎo)作用的就是變頻器，變頻器的工作電路由整流部分、直流環(huán)節(jié)部分、逆變部分、控制部分四部分組成，其工作原理就是將工頻交流電源通過(guò)整流部分轉(zhuǎn)化為直流電源，然后在直流環(huán)節(jié)部分濾波、直流儲(chǔ)能的作用下，再通過(guò)逆變器、控制器輸出頻率可控制的交流電，最后供給電動(dòng)機(jī)。目前，隨著變頻技術(shù)的逐步優(yōu)化，功率器件更加智能化、變頻速度更加迅速化、控制更加自由化是變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備應(yīng)用中追求的新目標(biāo)，以更好地發(fā)揮變頻技術(shù)的作用，降低機(jī)電設(shè)備的耗能、提高運(yùn)作效率。

3 煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻技術(shù)的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們意識(shí)的提高，變頻節(jié)能技術(shù)逐步進(jìn)入我國(guó)煤礦機(jī)電設(shè)備領(lǐng)域中。變頻技術(shù)憑借其良好的集成系統(tǒng)、智能化模塊、高效的運(yùn)行效率以及顯著的節(jié)能效果等優(yōu)點(diǎn)，在礦井掘進(jìn)機(jī)、提升機(jī)、皮帶輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)等機(jī)電設(shè)備中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

3.1 變頻技術(shù)在掘進(jìn)機(jī)中的應(yīng)用

掘進(jìn)機(jī)是礦井作業(yè)掘進(jìn)技術(shù)中最關(guān)鍵的設(shè)備，同時(shí)也是耗能最大的設(shè)備，掘進(jìn)機(jī)的工作性能好壞直接影響井下掘進(jìn)速度，掘進(jìn)機(jī)的耗能與產(chǎn)出直接關(guān)系到煤礦的生產(chǎn)效益，因而將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到掘進(jìn)機(jī)中來(lái)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，國(guó)內(nèi)煤礦企業(yè)中，已經(jīng)有越來(lái)越多的礦井作業(yè)將變頻技術(shù)引入到掘進(jìn)機(jī)中。掘進(jìn)機(jī)工作過(guò)程中會(huì)遇到煤巖、礦物層、斷面層等復(fù)雜地質(zhì)形貌，面對(duì)不同的地質(zhì)環(huán)境，掘進(jìn)機(jī)的工作狀態(tài)也各不相同，此時(shí)，應(yīng)用變頻技術(shù)就可實(shí)現(xiàn)對(duì)切割機(jī)自動(dòng)化控制，使切割機(jī)根據(jù)切割部件調(diào)節(jié)輸出電流實(shí)現(xiàn)軟驅(qū)動(dòng)，根據(jù)實(shí)際礦物層軟硬程度對(duì)掘進(jìn)機(jī)的齒輪旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行變速調(diào)節(jié)，根據(jù)實(shí)際工況對(duì)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的行進(jìn)方向與速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)保證平穩(wěn)進(jìn)行，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)工藝上采掘工作費(fèi)力費(fèi)電且效率低的不足。

3.2 變頻技術(shù)在提升機(jī)中的應(yīng)用

提升機(jī)在礦井作業(yè)中主要是負(fù)責(zé)人員、物料的上下提升，它的停機(jī)與啟動(dòng)繁多、上下反復(fù)操作，會(huì)產(chǎn)生較大電阻、產(chǎn)生較多熱量，耗能較多。傳統(tǒng)的提升設(shè)備中，雖然在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路內(nèi)接入金屬電阻可調(diào)速，但是提升量不足、提升次數(shù)過(guò)多的情況下，存在很大的安全隱患，且電力浪費(fèi)嚴(yán)重。通過(guò)引入變頻技術(shù)，選用四象限變頻調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)控制系統(tǒng)中各路元件的連貫性，針對(duì)每次的提升荷載情況調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，減小電阻，來(lái)提高提升機(jī)的工作效益。尤其是新研究出的風(fēng)光提升機(jī)變頻器等提升機(jī)專用變頻設(shè)備，更是簡(jiǎn)化了操作流程，提高了控制精度，減小了電力的損耗。

3.3 變頻技術(shù)在皮帶輸送機(jī)中的應(yīng)用

皮帶輸送機(jī)在輸送礦料時(shí)，需要充分大的電壓?jiǎn)?dòng)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)皮帶的轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中摩擦阻力是主動(dòng)力，因而會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，甚至有時(shí)候皮帶輸送機(jī)無(wú)載時(shí)仍處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這無(wú)疑都會(huì)加快皮帶的老化，影響運(yùn)輸效率。在皮帶輸送機(jī)中引用變頻技術(shù)，主要就是根據(jù)皮帶輸送機(jī)輸送貨物的多少對(duì)頻率做出相應(yīng)的改變，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)控制的目的，同時(shí)對(duì)設(shè)備力矩進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，來(lái)降低啟動(dòng)電機(jī)時(shí)的大電流沖擊，減少設(shè)備熱量的釋放，使皮帶運(yùn)輸機(jī)節(jié)能高效地運(yùn)行。

3.4 變頻技術(shù)在通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

變頻技術(shù)在通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用也是越來(lái)越多，通過(guò)變頻調(diào)速，可保證通風(fēng)機(jī)在井下保持最適宜的通風(fēng)狀態(tài)，根據(jù)礦井通風(fēng)量的實(shí)際需求，控制風(fēng)機(jī)的開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)、通風(fēng)方向及通風(fēng)頻率，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)量的最大利用率。特別是隨著煤炭需求量的增加，礦井開(kāi)挖的越來(lái)越深，通風(fēng)機(jī)更應(yīng)該保證其良好的工作性能，做好控制工作，減少能耗及機(jī)身?yè)p耗，在這樣的背景下，變頻技術(shù)可以提供最有效的技術(shù)保障。

4 結(jié)論

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、煤炭企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壓力的加大，提高煤礦機(jī)電設(shè)備的運(yùn)作狀態(tài)變得越來(lái)越重要。通過(guò)變頻節(jié)能技術(shù)在掘進(jìn)機(jī)、提升機(jī)、皮帶輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)四類主要耗電煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用分析可以發(fā)現(xiàn)，掌握變頻技術(shù)的技術(shù)原理、推廣變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用是時(shí)代所需，對(duì)于煤炭企業(yè)發(fā)展有著重要作用。

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TD6

A

1674-6708（2015）148-0097-01

張一，本科，助理工程師，山東能源棗莊礦業(yè)集團(tuán)蔣莊煤礦皮帶工區(qū)技術(shù)主管，研究方向：煤礦機(jī)電設(shè)備管理