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

摘要：為了應(yīng)對(duì)嚴(yán)峻的資源和能源稀缺問(wèn)題，現(xiàn)階段的煤礦生產(chǎn)必須要遵循提高效率、節(jié)約能耗及保障生產(chǎn)安全這三項(xiàng)基本原則。變頻節(jié)能技術(shù)是新時(shí)代下科學(xué)發(fā)展的產(chǎn)物。文章通過(guò)對(duì)變頻節(jié)能技術(shù)進(jìn)行研究，并結(jié)合我國(guó)當(dāng)前煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用加以分析，以期能夠?qū)ξ覈?guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有所助益。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)電設(shè)備；變頻節(jié)能技術(shù)；煤礦生產(chǎn)；煤礦資源；礦井提升機(jī)；皮帶輸送機(jī) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD63 文章編號(hào)：1009-2374（2015）28-0097-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.047

我國(guó)地域遼闊，煤礦資源豐富，其儲(chǔ)存量位居世界前列。然而，就目前我國(guó)的煤礦生產(chǎn)而言，一系列問(wèn)題異常嚴(yán)峻，尤其是能源消耗過(guò)大這一點(diǎn)已經(jīng)成為了嚴(yán)重阻礙煤礦產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。因此，為了節(jié)約能耗，許多新的節(jié)能技術(shù)被相繼研發(fā)出來(lái)，變頻節(jié)能技術(shù)就是其中之一。

1 變頻節(jié)能技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 變頻節(jié)能技術(shù)

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，變頻節(jié)能技術(shù)是指一種利用科技手段及設(shè)備實(shí)現(xiàn)電流頻率改變的技術(shù)。其中，負(fù)責(zé)控制電頻頻率的設(shè)備叫做變頻器，變頻器的構(gòu)成比較復(fù)雜，主要由電源板、電極電容、控制面板及鍵盤等部件組成，通過(guò)這些部件的有效結(jié)合，能夠使電動(dòng)機(jī)在最節(jié)能的狀態(tài)下運(yùn)行。傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備中的電流頻率是不可改變的，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，其轉(zhuǎn)數(shù)也不能改變和控制，這就導(dǎo)致其設(shè)備長(zhǎng)期處于恒定運(yùn)行狀態(tài)，這樣不能因地制宜地改變轉(zhuǎn)速，不但使設(shè)備的使用壽命大大縮短，而且還會(huì)造成大量的能源消耗。隨著變頻節(jié)能技術(shù)的出現(xiàn)，機(jī)電設(shè)備的這一缺陷得到了很大改善。將變頻節(jié)能技術(shù)運(yùn)用到機(jī)電設(shè)備中，不但能夠改變機(jī)電設(shè)備的靈活性，還可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)節(jié)約能源，這樣就能夠大大增加設(shè)備的使用年限和減少能源消耗。

1.2 變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理

變頻器的工作原理可以簡(jiǎn)單概括為“交—直—交”工作方式，變頻器是通過(guò)整流器將工頻交流電源轉(zhuǎn)化成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)化成頻率和電壓可以控制的交流電，最后再供給電動(dòng)機(jī)。

變頻器的工作電路主要由以下四部分組成：整流部分、直流環(huán)節(jié)部分、逆變部分、控制部分。其中整流部分主要應(yīng)用的是三相橋式不可控整流器；直流環(huán)節(jié)部分主要是用來(lái)濾波，直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率的；逆變部分主要采用的是IGBT三相橋式逆變器，它輸出的為脈沖寬度可以調(diào)制的波形（PWM），它在整個(gè)變頻器中起到了至關(guān)重要的作用，也是變頻器的核心技術(shù)。

變頻節(jié)能技術(shù)實(shí)際上是通過(guò)變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)能效果的。

2 變頻節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

變頻節(jié)能技術(shù)是隨著當(dāng)今時(shí)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展及節(jié)能理念的不斷推廣，才逐漸被應(yīng)用于各類煤礦機(jī)電設(shè)備當(dāng)中的，例如采煤機(jī)、礦井提升機(jī)、皮帶輸送機(jī)及流體負(fù)荷設(shè)備等，都在運(yùn)用變頻節(jié)能技術(shù)。經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的煤礦機(jī)電設(shè)備相比，應(yīng)用了變頻節(jié)能技術(shù)的機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率得到了大大提高、能源消耗量大大減少，且維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用也大大降低，總體來(lái)看，其使得煤礦產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到了顯著提升。由此可以證明，變頻節(jié)能技術(shù)確實(shí)能夠有效改善傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的一些性能。變頻節(jié)能技術(shù)將傳統(tǒng)煤礦機(jī)電設(shè)備中的交流電的固定頻率轉(zhuǎn)化成為了一種變動(dòng)資源，其具有以下四點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：首先，變頻節(jié)能技術(shù)的功率器件是使用的智能功率模塊IPM，這種功率模塊是在GTR IGBT的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)功率的變頻；其次，變頻節(jié)能技術(shù)改進(jìn)了壓頻比的控制方式，使其控制理論得到了進(jìn)一步革新，也即是采用直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制的方式來(lái)擴(kuò)展了自身技術(shù)的應(yīng)用范圍；再次，變頻節(jié)能技術(shù)采用了創(chuàng)新的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊自優(yōu)化控制技術(shù)，從而更加集中了自身的集成系統(tǒng)，并將原來(lái)單一的數(shù)字信息處理技術(shù)發(fā)展成為了先進(jìn)的專用集成電路；最后，變頻節(jié)能技術(shù)的綜合應(yīng)用范圍也正在越擴(kuò)越大，如今的變頻節(jié)能技術(shù)不僅擁有基本的調(diào)速功能，更具備通信、編程序參數(shù)辨識(shí)等功能。

3 煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

從變頻節(jié)能技術(shù)的出現(xiàn)到如今的迅速發(fā)展，其在節(jié)能和安全等方面的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越顯著。目前，變頻節(jié)能技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)煤礦機(jī)電設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用，以下筆者就來(lái)詳細(xì)介紹變頻節(jié)能技術(shù)在采煤機(jī)、礦井提升機(jī)、皮帶輸送機(jī)及流體負(fù)荷設(shè)備等主要煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用。

3.1 變頻節(jié)能技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

礦井提升機(jī)在煤礦生產(chǎn)中的條件比較復(fù)雜，大多數(shù)礦井提升機(jī)都是在非常惡劣和繁重的環(huán)境下運(yùn)作的，因此這就對(duì)其性能和質(zhì)量提出了較高的要求。在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，礦井提升機(jī)往往需要反復(fù)啟動(dòng)與操作，其中調(diào)速任務(wù)有很多，并且比較容易引發(fā)設(shè)備故障，從而對(duì)煤礦的正常生產(chǎn)產(chǎn)生較大的不利影響。而隨著變頻節(jié)能技術(shù)被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于礦井提升機(jī)中，其在進(jìn)一步提升礦井提升機(jī)工作效益的同時(shí)，還對(duì)其起到了一定的保護(hù)作用。利用了變頻節(jié)能技術(shù)的礦井提升機(jī)，能夠在內(nèi)部軟件的輔助下更高質(zhì)量和更快速度地完成工作任務(wù)，并且其運(yùn)行能耗也比原來(lái)大大減少，尤其節(jié)約了大量的電能。目前，科研人員又研究出了一種專門用于礦井提升機(jī)的風(fēng)光提升機(jī)變頻器，其具有很高的兼容性，能夠強(qiáng)化礦井提升機(jī)的性能。如圖1所示，就是利用變頻節(jié)能技術(shù)的礦井提升機(jī)的系統(tǒng)，變頻裝置替換掉復(fù)雜的串聯(lián)電阻切換裝置，并完成提升機(jī)運(yùn)行速度曲線、轉(zhuǎn)矩大小的要求，極大地使控制操作流程得到簡(jiǎn)化，提高控制精度。

3.2 變頻節(jié)能技術(shù)在皮帶輸送機(jī)中的應(yīng)用

由于皮帶輸送機(jī)具有功率大、電壓高等特點(diǎn)，因此其在煤礦生產(chǎn)中具有很重要的作用，甚至可以說(shuō)是整個(gè)煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的咽喉。所以，皮帶輸送機(jī)的性能和質(zhì)量必須要達(dá)到要求，要能夠保障煤礦生產(chǎn)的正常進(jìn)行。通常情況下，皮帶輸送機(jī)在輕載或空載的情況下仍然是處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的，這無(wú)疑大大損耗了不必要的電能，造成了極大的能源浪費(fèi)；另外，一些皮帶輸送機(jī)所使用的軟啟動(dòng)裝置是液力耦合器，其非常容易發(fā)生電機(jī)失控，從而造成設(shè)備損壞。變頻節(jié)能技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題，其能夠有效保護(hù)皮帶輸送機(jī)不被損壞，大大減少了電機(jī)失控情況的發(fā)生，并且還能夠提高輸送機(jī)的工作效率，使其更加節(jié)能高效。

以爬坡皮帶輸送機(jī)為例，采用GI800變頻器控制，由一臺(tái)交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其變頻器通過(guò)外部電位器設(shè)定值與皮帶電子稱實(shí)時(shí)測(cè)量信號(hào)相加，作為初級(jí)給定信號(hào)，并通過(guò)濾波、PID、限幅等處理后作為實(shí)際頻率控制給定值信號(hào)，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)皮帶走速控制和調(diào)節(jié)，達(dá)到根據(jù)輸送機(jī)皮帶上實(shí)際料量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)控制的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將變頻節(jié)能技術(shù)運(yùn)用到煤礦機(jī)電設(shè)備中，能夠大大節(jié)約煤礦生產(chǎn)的能耗，進(jìn)而增加煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，因此在我國(guó)的煤礦生產(chǎn)中，應(yīng)當(dāng)更加廣泛地應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：王李鵬（1991-），男，河南永城人，供職于河南焦煤能源有限公司古漢山礦，研究方向：機(jī)械自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）