變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用分析

齊國峰

【摘 要】目前，我國煤礦資源需求不斷增加，礦產(chǎn)開發(fā)水平逐漸提高，在節(jié)能環(huán)保理念下，變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用在煤礦機(jī)電設(shè)備中得到體現(xiàn)。基于此，本文對煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻技術(shù)的應(yīng)用展開探討。

【關(guān)鍵詞】變頻技術(shù)；煤礦機(jī)電；機(jī)電設(shè)備；煤礦設(shè)備

在煤礦企業(yè)應(yīng)用節(jié)能技術(shù)的過程中，需要全面的結(jié)合生產(chǎn)安全情況、技術(shù)水平以及節(jié)能方案的可操作性等等，而且還能夠采用先進(jìn)技術(shù)，對煤礦企業(yè)之中的機(jī)電設(shè)備控制方式進(jìn)一步加以優(yōu)化，只有這樣才能夠有效的減少煤礦企業(yè)能源消耗數(shù)量，確保煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得以提升。

一、關(guān)于變頻設(shè)備工作原理

變頻器的基本作用就是將工頻（我國50Hz）電源變?yōu)殡妷号c頻率可調(diào)的三相交流電。按變頻器的工作原理將其分為交—直—交變頻器和交—交變頻器兩種。交—交變頻器是將工頻交流直接變換成電壓和頻率均可控制的交流電。而交—直—交變頻器則是先將工頻交流電通過整流器變?yōu)橹绷麟姡缓笸ㄟ^逆變器變換成電壓和頻率均可控制的交流電。變頻器組成：（1）整流器作用是將三相或單相交流電整流成直流電，其輸入為正弦波輸出為非正弦波且?guī)в胸S富的諧波。（2）中間直流環(huán)節(jié)又稱中間直流儲能環(huán)節(jié)用于緩沖與電機(jī)之間的無功能量的緩沖。（3）逆變器作用是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)電壓和頻率三相交流電輸出，其輸出電壓為非正弦波，輸出電流近似正弦。變頻調(diào)速核心有兩種，一種是“V/F控制”，特點是簡單實用、使用廣泛、性能一般，其主要原理是通過保證輸出電壓及頻率恒定就能近似保持電機(jī)磁通恒定，但低頻時定子阻抗壓降會導(dǎo)致磁通下降，此時需將輸出電壓適當(dāng)提高保持磁通穩(wěn)態(tài)。二是“矢量控制”，其特點是性能優(yōu)良、可與直流調(diào)速相媲美。其原理是采用矢量坐標(biāo)變換來實現(xiàn)對異步電機(jī)定子勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦控制從而保持電機(jī)磁通的恒定。

二、變頻技術(shù)對煤礦機(jī)電節(jié)能的影響

目前，在煤礦機(jī)電節(jié)能設(shè)計過程中，變頻技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，通過應(yīng)用變頻技術(shù)能夠顯著的降低機(jī)電設(shè)備能源消耗量。變頻技術(shù)主要是應(yīng)用在煤礦機(jī)電設(shè)備的閥門調(diào)節(jié)、擋板節(jié)流以及電機(jī)轉(zhuǎn)速等方面，其節(jié)能效果非常明顯，而其中在電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中變頻技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛的。通常應(yīng)用變頻技術(shù)針對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)時，具體的調(diào)節(jié)方法包含有下列幾種類型，分別為電機(jī)轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)方法、磁極對數(shù)調(diào)節(jié)方法和供電頻率調(diào)節(jié)方法等。而采用電機(jī)轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)方法和磁極對數(shù)調(diào)節(jié)方法對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)過程中，某些方面仍有缺陷存在。比如，若是采用電機(jī)轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)方法針對電機(jī)轉(zhuǎn)速加以調(diào)節(jié)時，當(dāng)電機(jī)處于低速運行的狀況之下，轉(zhuǎn)差率相對大，從而導(dǎo)致了相應(yīng)的損耗也會有所增加，同時調(diào)節(jié)的效果不太明顯。如果采用供電頻率調(diào)節(jié)方法，則不管是電機(jī)處在高速運行還是處在低速運行狀態(tài)時，均能夠確保維持相對穩(wěn)定的轉(zhuǎn)差率，如此便能夠保障電機(jī)運行效率得以提升，同時調(diào)節(jié)的精度也相對高，可以實現(xiàn)對電機(jī)的無極調(diào)速。

三、變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用分析

（一）調(diào)速系統(tǒng)改造

PLC電控系統(tǒng)應(yīng)提供合理優(yōu)化的可控起動和制動功能，控制輸送機(jī)按適當(dāng)?shù)钠饎?、制動速度或加速度曲線起動和制動，滿足帶式輸送機(jī)各種運行工況的要求，包括可控起動、控制變速和定速帶載運行、可控停車以及緊急停車等。變頻調(diào)速裝置采用的是合康億盛生產(chǎn)的HI-VERT-YVF型變頻調(diào)速裝置，該變頻調(diào)速裝置所采用的技術(shù)為矢量控制正弦波PWM調(diào)控方法，該種調(diào)速方法擁有更加優(yōu)良的調(diào)速性能，而且在調(diào)速過程中具有更高的可靠性，調(diào)速時也更為便捷，可以更好地滿足四象限運行要求。在系統(tǒng)運行時，利用變頻裝置便能夠保證驅(qū)動設(shè)備依照相應(yīng)的速率運行，從而更好地滿足各個階段之中皮帶輸送系統(tǒng)對于速率的需求。變頻裝置自身還擁有過載保護(hù)、過流保護(hù)以及過壓保護(hù)等功能，若是皮帶機(jī)在運行時發(fā)生偏斜或者超速等問題，變頻調(diào)控裝置便能夠和系統(tǒng)之中傳感裝置相互配合，確保對皮帶輸送系統(tǒng)實時的保護(hù)，從而保障煤礦皮帶機(jī)運行的安全性。

（二）有載調(diào)壓變壓器裝置及高效節(jié)能變壓器裝置選擇

之所以需要設(shè)置有載調(diào)壓變壓器裝置，其最為重要功能便是能夠確保供電系統(tǒng)電壓能夠滿足煤礦開采作業(yè)的需求，這是由于在煤礦開采過程之中，很多的機(jī)電設(shè)備之中電動機(jī)均為高壓大型電動機(jī)，特別是一些鼠籠型電動機(jī)，這些設(shè)備在開始運行過程中，要求應(yīng)當(dāng)確保擁有一定的電壓供應(yīng)，所以，在煤礦企業(yè)之中要求應(yīng)當(dāng)設(shè)置有有載調(diào)壓變壓器裝置。而安裝高效節(jié)能變壓器裝置，則能夠依據(jù)不同的負(fù)載情況，對煤礦中一些終端機(jī)電設(shè)備運行過程中的電壓進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

（三）提升機(jī)、輸送機(jī)中的應(yīng)用

煤礦用提升機(jī)、輸送機(jī)其構(gòu)成電機(jī)按性能不同可分為直流電機(jī)、同步電機(jī)、異步電機(jī)。采用直流電機(jī)的提升機(jī)、輸送機(jī)具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和良好的啟、制動性能并且在較寬范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑調(diào)速，但缺點也十分明顯其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格貴、維護(hù)成本高。采用同步電機(jī)的提升機(jī)、輸送機(jī)具有轉(zhuǎn)速恒定及功率因數(shù)可調(diào)的優(yōu)點但其缺點也較多首先結(jié)構(gòu)復(fù)雜其次價格昂貴再次啟動麻煩最后是維護(hù)成本高。采用異步電機(jī)的提升機(jī)、輸送機(jī)在各行業(yè)使用廣泛，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、運行可靠、維護(hù)方便。但相比直流電動機(jī)其啟動性能和調(diào)速性能差，而與同步電機(jī)相比其功率因數(shù)不高。傳統(tǒng)礦井使用異步電機(jī)的提升機(jī)通常采用電阻調(diào)速，而這種調(diào)速方式有兩點明顯缺點一是在調(diào)速過程中電阻熱功率大電能損耗多，二是調(diào)速功能差有明顯的的遲滯感和階梯性。為了到達(dá)節(jié)電降耗傳與后期維護(hù)運行兩者的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效果，采用異步電機(jī)提升機(jī)配用相適變頻器成為首選。

（四）通風(fēng)設(shè)備中的應(yīng)用

煤礦通風(fēng)設(shè)備變頻節(jié)能設(shè)計要求應(yīng)當(dāng)能夠達(dá)到通風(fēng)設(shè)備軟啟動以及自動保護(hù)的要求，同時還能夠確保通風(fēng)設(shè)備在運行過程中也可以實現(xiàn)變頻節(jié)能控制的目標(biāo)。通風(fēng)系統(tǒng)能夠依照實際的生產(chǎn)條件，利用PLC裝置完成變頻信號的輸出，以實現(xiàn)對通風(fēng)設(shè)備的變頻控制，確保通風(fēng)設(shè)備的實時風(fēng)量能夠達(dá)到實際生產(chǎn)需求。變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于煤礦通風(fēng)機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)之中，要求應(yīng)當(dāng)能夠達(dá)到信息共享的目標(biāo)，并且所構(gòu)建的變頻節(jié)能系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)能夠?qū)νL(fēng)機(jī)設(shè)備實時參數(shù)進(jìn)行控制，可以完成信息查詢。變頻節(jié)能設(shè)計還應(yīng)當(dāng)盡可能做到操作便捷，擁有優(yōu)良的可維護(hù)性，與操作人員的操作習(xí)慣相符合。

四、結(jié)語

變頻技術(shù)這種先進(jìn)的智控技術(shù)，能夠有效的提高礦山機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)與加工的效率。此外在變頻技術(shù)的影響下，煤企生產(chǎn)成本也將大大降低，進(jìn)而實現(xiàn)了由傳統(tǒng)生產(chǎn)向現(xiàn)代化生產(chǎn)模式與理念的轉(zhuǎn)變。大力推廣變頻技術(shù)如今已經(jīng)成為每一個煤企的工作基本準(zhǔn)則，是現(xiàn)代化煤企行業(yè)的生產(chǎn)衡量標(biāo)準(zhǔn)。煤礦企業(yè)必須重視變頻技術(shù)的應(yīng)用，只有這樣才能推動我國煤礦產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張立文.變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用探析[J].中國設(shè)備工程，2017（24）：213-215.

[2]田康.關(guān)于煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的思考[J].科技風(fēng)，2017（10）：157.

[3]殷世鋒.煤礦機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用探討[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2017（Z2）：21.