變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電中的應(yīng)用

劉文財(cái)

摘 ? ?要：對于煤礦生產(chǎn)，機(jī)電設(shè)備是其核心裝備之一，但由于機(jī)電設(shè)備的成本高、耗能大，因此亟需改進(jìn)，近年來，煤礦生產(chǎn)的過程變得越來越復(fù)雜，隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，人們逐步開始將具有優(yōu)越調(diào)節(jié)控制性能的變頻控制技術(shù)應(yīng)用到煤礦機(jī)電中，使得煤礦設(shè)備的可操作性、節(jié)能性以及可靠性都有所提升，并使得采礦業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行效率得到了大大提高。本文對變頻技術(shù)及其在煤礦生產(chǎn)中的重要性做了介紹，并對變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：變頻控制技術(shù);煤礦機(jī)電;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TD63 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1004-7344（2019）03-0177-02

1 ?引 言

所謂變頻技術(shù)，指的是將直流電逆變，使其轉(zhuǎn)換為頻率不同的交流電，或者是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電之后，再將其逆變?yōu)轭l率不同的交流電，亦或是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，再將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，在以上這些轉(zhuǎn)換過程中，一般僅有頻率產(chǎn)生變化。在使用各種煤礦機(jī)電設(shè)備時(shí)，為了讓設(shè)備能夠安全地長效運(yùn)行，一般來說其動(dòng)力傳輸裝置都不會(huì)全載荷工作，而會(huì)保留一定的富余載荷，但這會(huì)使得設(shè)備工作的運(yùn)轉(zhuǎn)功率增大，進(jìn)而使得耗能量增大，為了解決這一問題，我們可以通過減小設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速率來對機(jī)電設(shè)備的軸向功率進(jìn)行控制。變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)是利用了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度和電力頻率成正比的原理，利用變頻設(shè)備使得裝備的電力輸送頻率變得可控可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行及功率的控制與調(diào)整。變頻器作為一種新型的電力變換裝置，它具有軟停機(jī)、無沖擊啟動(dòng)等良好的控制特性，近年來已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)并取得了良好的效果，但是其在較為特殊的煤礦環(huán)境中才剛剛起步，變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電的應(yīng)用符合國家節(jié)能減排的目標(biāo)，發(fā)展前景極為良好。

2 ?變頻控制技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的重要性

近幾年來，我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了極大的成就，特別是工業(yè)生產(chǎn)，其規(guī)模擴(kuò)大速度很快，社會(huì)對于能源的需求量增長速度極快，雖然在各種因素的綜合影響下，我國對能源的需求態(tài)勢比較平穩(wěn)，但煤炭作為最基礎(chǔ)的資源仍在我國的能源中極為重要、不可替代，使得人們對煤炭資源進(jìn)行了持續(xù)甚至過度的開采，導(dǎo)致我國煤礦資源儲(chǔ)量變得有限，還使得煤礦開采企業(yè)間的競爭極為激烈，因此，如果能同時(shí)提高產(chǎn)量、設(shè)備利用率，做到節(jié)約資源、減少排污、保護(hù)環(huán)境，那么煤炭企業(yè)的競爭力就會(huì)脫穎而出并可以長期、穩(wěn)定地發(fā)展，在此背景下，煤炭企業(yè)漸漸認(rèn)識(shí)到了科技在煤炭開采中的重要性，逐步將變頻控制技術(shù)應(yīng)用到了煤礦機(jī)械電設(shè)備中，其表現(xiàn)出的出色的節(jié)能性和可控性使其獲得了更多企業(yè)的關(guān)注，并使得更多類型的變頻設(shè)備得以應(yīng)用于煤礦機(jī)電中。

3 ?變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電中的應(yīng)用

3.1 ?應(yīng)用于采煤機(jī)

在采煤機(jī)進(jìn)行采煤時(shí)，如果技術(shù)人員不能夠有效連接、調(diào)控葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度和采煤機(jī)的牽引力，就會(huì)導(dǎo)致在采煤機(jī)工作過程中，由電能轉(zhuǎn)化得來的動(dòng)能大部分被損耗。將變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)應(yīng)用到采煤機(jī)中，能夠令采煤機(jī)的操作人員更直接地對電氣設(shè)備進(jìn)行調(diào)控，此外，因?yàn)榈V井的工作面具有一定坡度，而采煤機(jī)具備開機(jī)停機(jī)頻繁以及采煤坡度大等特點(diǎn)，因此普通的變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)并不能滿足需求，必須將變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)與采煤機(jī)的工作狀態(tài)相結(jié)合，將其適用性進(jìn)行拓展，目前在我國的煤礦中使用的多是四象限運(yùn)行技術(shù)，此技術(shù)的關(guān)鍵是把采煤機(jī)中的原整流電路換成由智能型模塊組成的可調(diào)控型電路，當(dāng)電機(jī)進(jìn)行供電工作時(shí)，原來的整流電路和逆變電路可以相互轉(zhuǎn)換，電能能夠反轉(zhuǎn)到電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。此外，此技術(shù)還可以在任何運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對變頻器的調(diào)控，以便將力矩調(diào)整至效果最優(yōu)。

3.2 ?應(yīng)用于提升設(shè)備

煤礦中的提升設(shè)備負(fù)責(zé)的工作主要是運(yùn)輸井下物資、煤炭以及人員等，相當(dāng)于礦井的咽喉，因此，一旦提升系統(tǒng)中發(fā)生故障，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)礦井的癱瘓。對提升設(shè)備進(jìn)行控制的較為傳統(tǒng)的方法是在電機(jī)的電線內(nèi)部加入所需要的金屬電阻，并利用觸碰器來隔斷電阻，從而實(shí)現(xiàn)對提升速度進(jìn)行控制，但是需要注意的是，在此過程中常常會(huì)出現(xiàn)金屬電阻能耗較大、零件散熱效果差等問題，此外，利用金屬電阻來調(diào)節(jié)提升速度，其調(diào)節(jié)范圍比較局限，精度也不夠高，而且極有可能導(dǎo)致設(shè)備的損傷與電力的浪費(fèi)。將變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)應(yīng)用到提升設(shè)備中，可以解決上述問題，還能夠提升系統(tǒng)的無級(jí)平穩(wěn)變速等。變頻控制調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)勢有：①繼電器的數(shù)量減少，使得所占用的空間變小，問題率也降低，進(jìn)而維護(hù)量也會(huì)降低;②調(diào)控具有較高的精度與較好的擴(kuò)展能力;③可以利用程序編寫器編寫程序，對電路控制圖和梯形圖進(jìn)行自由轉(zhuǎn)換;④進(jìn)行柔性控制，可以使得沖擊導(dǎo)致的機(jī)械損耗被減少;⑤可以利用控制系統(tǒng)查看故障部位，還可以對電氣系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行自檢。

3.3 ?應(yīng)用于輸送機(jī)

煤礦生產(chǎn)的重點(diǎn)與難點(diǎn)工作是井下工作面輸送機(jī)的運(yùn)輸安全問題，在輸送機(jī)的工作過程中，其工作、啟停等都會(huì)耗費(fèi)大量電能，應(yīng)用變頻調(diào)控技術(shù)，可以使得輸送機(jī)依據(jù)自身運(yùn)載強(qiáng)度來變換運(yùn)轉(zhuǎn)功率，從而令運(yùn)轉(zhuǎn)速率能夠保持穩(wěn)定，使得設(shè)備散熱多、耗能大等問題得以解決，從最大程度上避免了能源的浪費(fèi)，還是得輸送機(jī)的使用壽命變得更長;此外，應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、停啟以及調(diào)速等操作的柔性，使得設(shè)備皮帶的老化速度變緩，減少了皮帶老化、斷裂等隱患。實(shí)踐證明，應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)可以讓系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)功率達(dá)到至少85%，工作效率得到了大大提高。

3.4 ?應(yīng)用于井下水泵

井下水泵所負(fù)責(zé)的工作是整個(gè)礦井的排水，在礦井的建井、生產(chǎn)等時(shí)期，不同區(qū)域、不同季節(jié)的用水量有所變化，因此應(yīng)當(dāng)經(jīng)常依據(jù)實(shí)際的出水情況對井下水泵的排水能力進(jìn)行調(diào)控，由于計(jì)算水泵的排水量是基于礦井的最大涌水，所以涌水量對水泵類型的選擇有直接影響。將變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)應(yīng)用到水泵的改造中，可以基于礦井需要的排水量，對電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)功率進(jìn)行設(shè)置，調(diào)整電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，使其符合礦井實(shí)際需要的排水能力，這樣也能夠延長設(shè)備壽命。

3.5 ?應(yīng)用于通風(fēng)機(jī)

通風(fēng)機(jī)是重要的煤礦機(jī)電設(shè)備，其功能主要是為井下輸送風(fēng)流、更換空氣，主通風(fēng)機(jī)一般不能停止運(yùn)行，相當(dāng)于礦井的呼吸系統(tǒng)，隨著煤礦開采加深，其整體需風(fēng)量也會(huì)增大，隨著生產(chǎn)時(shí)期及實(shí)際需求等的變化，需要及時(shí)調(diào)整通風(fēng)量。一般要按照礦井的最大需風(fēng)量來選擇通風(fēng)機(jī)的類型，這樣雖然可以滿足礦井通風(fēng)需求，但必然會(huì)造成資源的浪費(fèi)，應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)，可以基于礦井的實(shí)際需求設(shè)置通風(fēng)機(jī)功率，既能滿足礦井通風(fēng)需求，又能避免能源浪費(fèi)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，至少能夠減少40%的電能損耗。

4 ?結(jié)束語

目前，變頻控制技術(shù)日益普及，市場競爭也日漸激烈，人們越來越廣泛地將變頻控制技術(shù)應(yīng)用到了煤礦機(jī)電設(shè)備中，但是實(shí)際上，在我國各地的煤礦中還未實(shí)現(xiàn)對變頻控制技術(shù)的普遍應(yīng)用，而且也沒有將其應(yīng)用到一些較為大型的變頻設(shè)備中以及關(guān)鍵技術(shù)中，相比于國外對于變頻控制技術(shù)的實(shí)踐，差距較大。因此可以看出，在我國，將變頻控制技術(shù)應(yīng)用到我國的煤礦機(jī)電設(shè)備中還有很大的發(fā)展空間，此外，在未來，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制以及信息技術(shù)等都會(huì)逐漸應(yīng)用到煤礦機(jī)電領(lǐng)域中去，令相關(guān)設(shè)備的智能化水平有所提高，這也會(huì)使得變頻控制技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)更加穩(wěn)固。

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收稿日期：2018-12-7