變頻節(jié)能技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

蔣建華

摘 要：隨著我國科技的發(fā)展，以及經(jīng)濟(jì)水平的快速提高，變頻節(jié)能技術(shù)的發(fā)展越來越快。變頻節(jié)能技術(shù)具有控制、調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，在礦井生產(chǎn)中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，可改善采礦環(huán)境，在運(yùn)輸、選擇、提升、通風(fēng)以及采礦等環(huán)節(jié)應(yīng)用該技術(shù)均取得了顯著的效果。文章簡(jiǎn)單闡述了變頻節(jié)能這一技術(shù)的基本原理，并對(duì)該技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

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

中圖分類號(hào)：TD67 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）18-0174-02

Abstract： With the development of science and technology in our country and the rapid improvement of economic level， the frequency conversion energy saving technology is developing more and more quickly. Frequency conversion energy-saving technology has the characteristics of control and regulation. The application of frequency conversion energy saving technology in mine production can improve the mining environment. The application of this technology in transportation， selection， promotion， ventilation and mining has achieved remarkable results. This paper briefly expounds the basic principle of the technology of frequency conversion and energy saving， and discusses its application in mine electromechanical equipment.

Keywords： frequency conversion energy-saving technology； mine electromechanical equipment； application

將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于礦山機(jī)電設(shè)備中，可以促進(jìn)采礦環(huán)境的改善，增加工作效率，減小采礦成本，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的保護(hù)，推動(dòng)我國礦山機(jī)電設(shè)備的發(fā)展。

1 變頻節(jié)能技術(shù)概述

1.1 變頻節(jié)能技術(shù)內(nèi)涵

變頻節(jié)能技術(shù)是指通過科技手段和高科技設(shè)備改變?cè)O(shè)備當(dāng)前頻率的技術(shù)。在這個(gè)技術(shù)中，變頻器負(fù)責(zé)控制設(shè)備的頻率，變頻器具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，有很多相關(guān)的組件，包括電源板、控制面板、電極等。因此，有效收集相關(guān)組件可以使電動(dòng)機(jī)總是運(yùn)行在節(jié)電狀態(tài)。傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的頻率是不能改變的，因此在操作過程中設(shè)備的速度是不能控制、改變的，這就使得機(jī)電設(shè)備處于恒定運(yùn)行狀態(tài)，不可以結(jié)合實(shí)際需要對(duì)速度進(jìn)行調(diào)整，嚴(yán)重的影響設(shè)備使用時(shí)間，增加設(shè)備能耗。然而，應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)可以促使機(jī)電設(shè)備更加靈活，能夠結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能的目的[1]。

1.2 變頻節(jié)能技術(shù)工作原理

變頻器工作原理可以簡(jiǎn)述為交-直-交，整流器將交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源，然后把直流電源再轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?、頻率，對(duì)交流電源進(jìn)行有效控制，然后輸送給發(fā)電機(jī)?？刂啤⒄?、逆變以及直流電共同組成了變頻器的電路。其中，整流部分使用的整流器是三相橋式不可控制型的，直流部分主要起到濾波功能，其中直流儲(chǔ)能、緩沖是沒有功率的；逆變器部分采用IGBT三相橋式逆變器，可調(diào)整其輸出的脈沖寬度，對(duì)變頻器的功能有重要影響，也是變頻器的核心部分。變頻節(jié)能技術(shù)主要通過變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能目的。變速系統(tǒng)中電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的公式為：n=50f（1-S）/P，其中f為電源頻率，P為電機(jī)極對(duì)的數(shù)量，S為滑差。

2 變頻節(jié)能技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

2.1 在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用分析

提升機(jī)在礦井中的主要作用是對(duì)施工人員、施工材料進(jìn)行安全的輸送，在礦山生產(chǎn)中具有決定性的地位。一般傳統(tǒng)的方法是先將金屬電阻器連接到電機(jī)轉(zhuǎn)子電路的內(nèi)部，再利用接觸器、鼓控制器將電阻器切斷，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速的目的。不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些問題，比如過度消耗電阻、散熱不好等。因?yàn)殡娮枵{(diào)速的速度范圍太小，這就造成了精確度不夠的現(xiàn)象。在進(jìn)行分散、減速的工況下，應(yīng)當(dāng)具備相應(yīng)的低頻電源或者動(dòng)力制動(dòng)直流電源，這就非常容易導(dǎo)致設(shè)備損壞，并造成巨大的電能浪費(fèi)。此時(shí)，礦井生產(chǎn)安全性的遭到質(zhì)疑，這就會(huì)影響礦井生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)效益。

將變頻節(jié)能這一技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機(jī)中，可以從根本上避免很多問題，達(dá)到無極平穩(wěn)的減速、加速，提高系統(tǒng)性能，加強(qiáng)保護(hù)，其優(yōu)勢(shì)有：第一，制動(dòng)、速度是用過電氣進(jìn)行控制的，降低了沖擊與機(jī)械磨損，增加設(shè)備使用時(shí)間；第二，回饋制動(dòng)，如果提升機(jī)是在負(fù)力狀態(tài)下，那么電機(jī)會(huì)將產(chǎn)生的再生能量直接反饋給電網(wǎng)，這樣不僅節(jié)省了電能，增加制動(dòng)力矩，提高絞車安全；第三，對(duì)精確度的控制較高，并且其可擴(kuò)展性能非常好，通過修改內(nèi)部程序能夠?qū)ο到y(tǒng)的功能參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，這樣就不用更改硬件接線，便可以實(shí)施柔性控制[2]。

2.2 變頻節(jié)能技術(shù)在銅礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用

在工頻情況下，大電機(jī)頻繁啟動(dòng)和停止是非常困難的，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致電能的損失和電流沖擊，對(duì)電動(dòng)機(jī)安全、使用壽命造成不利影響。變頻器可對(duì)風(fēng)機(jī)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率，減小不必要的功率損耗。此外，可減小電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障的頻率，增加電動(dòng)機(jī)使用時(shí)間，減小電網(wǎng)的無功功率的損失以及對(duì)容量的要求。為了發(fā)揮變頻器支持井下風(fēng)機(jī)的功能，科學(xué)地利用風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速，需要采用適合礦井通風(fēng)機(jī)井下調(diào)速的節(jié)能控制系統(tǒng)。因?yàn)榈V井下空氣流量不斷變化，所以不適合使用閉環(huán)控制。一般傳感器等反饋設(shè)施很難使用保護(hù)設(shè)施，再加上礦井下灰塵多、比較潮濕，所以傳感器極易受到放炮等的影響，因此，可使用開環(huán)控制。

2.3 變頻控制技術(shù)在通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

隨著開挖不斷加深，風(fēng)壓井繼續(xù)增加，風(fēng)機(jī)要求的功率增加。然而，風(fēng)機(jī)功率已成為礦山開發(fā)的一個(gè)重要問題。礦井通風(fēng)設(shè)備采用變頻調(diào)速后，可根據(jù)巷道的風(fēng)量要求調(diào)整速度，避免功耗，具有非常明顯的效果。通過改造逆變器，風(fēng)機(jī)能夠進(jìn)行變頻軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)電流造成的不良影響，并且不會(huì)影響到設(shè)備，也可以隨意啟動(dòng)和停止。在大多數(shù)情況下，通風(fēng)機(jī)運(yùn)行速率比較小，所以減小了通風(fēng)機(jī)工作量，延長(zhǎng)其使用時(shí)間，降低不必要的檢修。另外，為保證與電機(jī)運(yùn)行速率一致，一般要確保2臺(tái)電機(jī)頻率的一致性，防止風(fēng)阻，確保通風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行[3]。

2.4 在流體負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用

變頻節(jié)能技術(shù)在流載設(shè)備中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在風(fēng)機(jī)和泵的變頻調(diào)速中。變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用不斷增加，同時(shí)也針對(duì)銅礦環(huán)境設(shè)計(jì)出專門的變頻調(diào)速裝置。在風(fēng)機(jī)改造后，實(shí)際轉(zhuǎn)速比改進(jìn)前的最小速度降低了很多。電機(jī)的實(shí)際輸出功率是在前導(dǎo)器半關(guān)閉時(shí)的高1/3風(fēng)量與風(fēng)壓，更適合于礦井的特點(diǎn)，每年可節(jié)省大量的電力。該變頻調(diào)速在采區(qū)供水和液壓泵中靈活應(yīng)用，降低了設(shè)備的機(jī)械影響，提高了工藝系統(tǒng)控制的靈活性，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的增加?？梢钥刂票玫钠椒€(wěn)起動(dòng)和停止，及時(shí)加速和減速。它保證了井下液位的恒定水平，減少了泵的空閑時(shí)間所帶來的大量的能量消耗，同時(shí)也減少了機(jī)械設(shè)備不必要的損耗，從而確保了生產(chǎn)的安全高效運(yùn)行[4]。

2.5 變頻控制技術(shù)在電控絞車系統(tǒng)中的應(yīng)用

在電控或者保護(hù)系統(tǒng)中，使用變頻控制技術(shù)一般需要把電壓波動(dòng)維持在-15%～+10%范圍內(nèi)，把頻率波動(dòng)維持在±2.5%范圍內(nèi)，輸出功率、頻率以及輸入電壓分別為200kW、50Hz、660V，同時(shí)具備連續(xù)、可調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。

在電控絞車系統(tǒng)中使用變頻控制技術(shù)，可促進(jìn)系統(tǒng)過載能力的提高，將額定負(fù)載控制在-120%～+120%范圍內(nèi)，可以更好的滿足運(yùn)行條件，對(duì)元件過熱、欠壓等起到良好的保護(hù)作用；促進(jìn)自動(dòng)轉(zhuǎn)矩低頻運(yùn)轉(zhuǎn)能力的提高，達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的目的。

3 結(jié)束語

現(xiàn)階段，在采礦行業(yè)應(yīng)用變頻技術(shù)依然處于起步階段，在大型機(jī)器中對(duì)變頻技術(shù)的應(yīng)用還是比較少的，然而在采礦企業(yè)產(chǎn)品更新、改造的過程中，應(yīng)用變頻技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、自動(dòng)化生產(chǎn)，且效果非常顯著。在采礦生產(chǎn)過程中，積極應(yīng)用變頻技術(shù)是目前采礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的重要手段，同時(shí)也是促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要途徑。在采礦機(jī)電設(shè)備中，變頻技術(shù)具有非常高的科技含量，且與企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張偉.變頻節(jié)能技術(shù)在礦山設(shè)備中的應(yīng)用探討[J].能源與節(jié)能，2018（01）：71-72.

[2]王鳳.變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造中的應(yīng)用探究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2017（23）：97-98.

[3]李小艷.變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用[J].機(jī)械管理開發(fā)，2016，31（06）：172-173+185.

[4]王李鵬.變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2015（28）：97-98.

[5]王星星.變頻調(diào)速裝置在礦山通風(fēng)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用[J].河南科技，2013（12）：98.

[6]蘭明立.淺議變頻節(jié)能技術(shù)在礦山設(shè)備中的應(yīng)用[J].廣東科技，2013，22（02）：91+27.

[7]王治江.變頻節(jié)能技術(shù)在礦山風(fēng)機(jī)、水泵上的應(yīng)用[J].變頻器世界，2008（10）：82-84.