變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦井下機電設(shè)備中的應(yīng)用

鄭志平

摘 要：煤炭資源作為我國重要的化石能源，在我國的能源中占據(jù)著極大的比重。山西省作為我國重要的煤炭資源基地，每年都開采出大量的煤炭用于能源、電力、煉鋼和化工等多個行業(yè)，做好煤炭的開采對于保障經(jīng)濟的發(fā)展有著極為重要的意義。煤炭開采出于安全和效率方面的考慮在井下大量使用機電設(shè)備，機電設(shè)備的安全性與煤礦開采的安全性密切相關(guān)。隨著電子技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，變頻技術(shù)取得了長足的發(fā)展與進步，通過將變頻技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下機電設(shè)備中將能夠有效地提高煤礦井下機電設(shè)備運行的安全性并降低煤礦井下機電設(shè)備的能耗，對煤礦井下安全管理有著極為重要的促進作用。

關(guān)鍵詞：煤礦；井下機電設(shè)備；變頻技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號：TD63 文獻標(biāo)志碼：A

0 前言

煤礦開采需要大量的煤礦井下機電設(shè)備，做好煤礦井下機電設(shè)備的管理與應(yīng)用有助于提升煤礦的開采效率與質(zhì)量，現(xiàn)代煤礦開采應(yīng)當(dāng)積極借助于各種先進的技術(shù)與設(shè)備，變頻節(jié)能技術(shù)是現(xiàn)代控制技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展與進步，控制系統(tǒng)逐漸智能化和系統(tǒng)化且調(diào)速系統(tǒng)的集成度越來越高，通過將變頻技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下機電設(shè)備中將能夠大大降低煤礦井下機電設(shè)備的能耗，通過試驗測算將變頻技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下機電設(shè)備中能夠降低20%～50%左右的電能消耗。此外，通過應(yīng)用變頻技術(shù)還能有效地的緩解大功率電機啟動時所存在的沖擊，降低設(shè)備損傷，提高煤礦井下機電設(shè)備的使用壽命。

1 變頻技術(shù)的特點與應(yīng)用現(xiàn)狀

煤礦井下開采是一項復(fù)雜而系統(tǒng)的工程，在這一過程中需要使用到大量的機電設(shè)備，機電設(shè)備的安全運行直接影響著煤礦井下開采的安全性與開采作業(yè)的效率。變頻技術(shù)是一種現(xiàn)場設(shè)備控制技術(shù)，通過變頻技術(shù)的應(yīng)用在有效地提高煤礦井下機電設(shè)備的性能與工作效率的同時降低煤礦井下設(shè)備的能耗，實現(xiàn)煤礦的節(jié)能化開采。相較于傳統(tǒng)的煤礦井下機電設(shè)備控制方式，變頻技術(shù)通過對煤礦井下機電設(shè)備工作所使用交流電的規(guī)定頻率進行轉(zhuǎn)換，依據(jù)煤礦井下機電設(shè)備的工作特性來對交流電的工作頻率進行調(diào)節(jié)，最大限度地降低電能的損耗，提高電能的利用率。變頻技術(shù)的應(yīng)用使得傳統(tǒng)的控制理論得到了極大的變革，變頻技術(shù)所應(yīng)用的主要的控制方式為壓頻比控制方式，借助于矢量控制方法實現(xiàn)對于電機的直接轉(zhuǎn)矩控制，提高了機電設(shè)備的控制效率。變頻技術(shù)的應(yīng)用不僅僅能夠有效地提升煤礦井下機電設(shè)備的速度，通過電力半導(dǎo)體器件的通斷作用完成將煤礦井下機電設(shè)備所使用的固定頻率的交流電轉(zhuǎn)換為頻率、電壓可變的交流電，實現(xiàn)對于煤礦井下機電設(shè)備的良好控制。

2 煤礦井下機電設(shè)備運行所存在的問題

煤礦井下機電設(shè)備采購與建設(shè)與煤礦的開采同步進行，通過成套投入保證了煤礦井下機電設(shè)備在使用時能夠相互匹配，保障煤礦井下正常開采。煤礦井下機電設(shè)備由于長期使用不可避免地會出現(xiàn)老化、安全性下降等的問題。尤其是在一些老礦井這一現(xiàn)象尤為突出，煤礦井下機電設(shè)備的老化將使得煤礦井下機電設(shè)備的耗電量加大。為提高煤礦井下機電設(shè)備的安全性、降低煤礦井下機電設(shè)備的能耗，應(yīng)當(dāng)積極將變頻技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下機電設(shè)備的運行管理中，變頻技術(shù)的應(yīng)用還有助于加強對于煤礦井下機電設(shè)備的自動化運行管理，通過生產(chǎn)信息的收集和資源活動的整改能夠起到一定的指導(dǎo)作用，降低煤礦井下機電設(shè)備的故障發(fā)生率。

3 變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦井下機電設(shè)備中的應(yīng)用

變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦井下機電設(shè)備的應(yīng)用是多層次、多方面的，其在煤礦井下機電設(shè)備的控制管理中有著巨大的應(yīng)用前景。

3.1 變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦井下提升機中的應(yīng)用

提升機是煤礦井下機電設(shè)備中的重要組成部分，傳統(tǒng)的提升機控制中所運用的金屬電阻雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對于提升機的調(diào)速，但是其在運行的過程中無法對轉(zhuǎn)速進行實時調(diào)節(jié)，且應(yīng)用金屬電阻對提升機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)存在著能耗較高和較多的安全隱患的問題。變頻技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下機電設(shè)備中能夠?qū)γ旱V井下機電設(shè)備數(shù)字信息化進行有效的控制，通過對煤礦井下提升機所采用的變頻防爆提升電機采用四象限變頻調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)對于煤礦井下提升機運行的實時調(diào)節(jié)，提高煤礦井下提升機的工作效率并降低能耗。

3.2 變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下采煤機中

在采煤輸送系統(tǒng)中，煤礦井下所采用的架線式牽引機主要以直流電動機為其主要動力源，直流電動機響應(yīng)快，但是由于其本身具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率較高、功率小等的缺點，且在國內(nèi)很多煤礦中仍然采用觸頭電阻來實現(xiàn)對于直流電動機的調(diào)速，這一調(diào)速方式效率低、能耗大，因此需要積極做好煤礦井下采煤系統(tǒng)的變頻節(jié)能改造。通過使用三相異步交流鼠籠式電動機為主要動力源，并將變頻節(jié)能技術(shù)與其相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對于煤礦井下采煤機的速度調(diào)節(jié)。我國現(xiàn)今所生產(chǎn)的電牽引采煤機運行功率能夠達(dá)到2×150kW，工頻變頻電壓可達(dá)到460V，可以在額定轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)對于電機的恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速，借助于變頻節(jié)能技術(shù)還能夠進行兩臺變頻器之間的轉(zhuǎn)矩平衡和主從控制操作，極大地提高了對于電機的控制性。在采煤牽引電機的變頻節(jié)能控制中，采用四象限變頻器調(diào)速時采用大傾角工作面在對制動力矩進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)操作時，能夠進行較大范圍的調(diào)節(jié)且控制操作更加簡單、方便，可靠性更高。

3.3 變頻節(jié)能技術(shù)在膠帶輸送機中的應(yīng)用

膠帶輸送機的工作原理與提升機較為相近，變頻技術(shù)應(yīng)用于膠帶輸送機的原理與提升機相類似。將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于其中能夠有效地利用摩擦力的牽引作用，通過相應(yīng)的調(diào)節(jié)來減緩膠帶輸送機啟動力矩過大所造成的損壞，同時通過變頻技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)對于膠帶輸送中各驅(qū)動電機的調(diào)節(jié)，用以減少膠帶脫落等問題的產(chǎn)生。同時變頻技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地抑制電機啟動時電流發(fā)生的波動，通過這一方式能夠有效地降低機電內(nèi)部的機械沖擊與發(fā)熱等的情況，提高煤礦井下膠帶輸送機的運行效率與運行效果。最大化的發(fā)揮膠帶輸送機的運送作用，變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用還能夠有效的解決功率平均與同步的問題，提高煤礦井下機電設(shè)備的運行效率。

3.4 變頻節(jié)能技術(shù)在流體負(fù)荷設(shè)施中的應(yīng)用

流體負(fù)荷設(shè)施在煤礦井下機電設(shè)備中主要指的是煤礦井下設(shè)備中的風(fēng)機與泵等的設(shè)備，通過將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于這些設(shè)備中將使得設(shè)備的轉(zhuǎn)速要明顯小于以往，但是其送風(fēng)效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以往。通過測算，經(jīng)過變頻節(jié)能技術(shù)改造后的風(fēng)機在同等效率下其功率下降了約50%左右，從而使得改造后的風(fēng)機更加適用于煤礦井下開采所需，在降低能耗的同時提高流體負(fù)荷設(shè)施的工作效率。

結(jié)語

煤礦安全開采問題引起了廣泛的重視，煤礦井下機電設(shè)備直接影響煤礦開采的效率與安全性，通過將變頻節(jié)能技術(shù)積極的應(yīng)用于煤礦井下機電設(shè)備中不僅僅能夠提高煤礦井下機電設(shè)備的工作效率同時能夠有效地降低煤礦井下機電設(shè)備的能耗。本文在分析煤礦井下機電設(shè)備特點的基礎(chǔ)上對如何做好變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦井下機電設(shè)備中的應(yīng)用進行了分析介紹。

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