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

王慶亮 黃威

【摘 要】隨著我國對(duì)環(huán)境保護(hù)重視力度的加大，國內(nèi)針對(duì)礦產(chǎn)開發(fā)行業(yè)的要求也更加嚴(yán)格，不僅有嚴(yán)格的審核制度，同時(shí)開發(fā)與治理的協(xié)調(diào)政策更是給礦產(chǎn)開發(fā)企業(yè)帶來了巨大的壓力。這些環(huán)境保護(hù)政策對(duì)于我國的可持續(xù)發(fā)展有著巨大的好處，不僅能夠倒逼企業(yè)提高開采效率，同時(shí)還能夠降低對(duì)周圍環(huán)境帶來的污染，對(duì)于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和人民生活水平的提升有著巨大的幫助。但是，在這個(gè)過程中，礦產(chǎn)開采企業(yè)也面臨著結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型的壓力，必須在保證規(guī)范開采的過程中進(jìn)一步降低開采成本。這些問題在煤炭開采企業(yè)上表現(xiàn)最為明顯，我國煤炭開采企業(yè)眾多，如果無法降低開采成本，那么在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中將難以獲得足夠的發(fā)展空間。而開采過程中除了設(shè)備成本之外，最大的成本壓力便是耗電量。開采過程中機(jī)電設(shè)備大多數(shù)不間斷工作，其耗電量之大或許很難想象。所以，要想提升企業(yè)的利潤率，必須發(fā)展節(jié)能技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】煤礦機(jī)電設(shè)備;變頻節(jié)能;技術(shù)分析

引言

現(xiàn)階段，隨著我國煤礦行業(yè)的飛速發(fā)展，新型工藝、設(shè)備與技術(shù)在煤礦行業(yè)當(dāng)中被廣泛運(yùn)用。在傳統(tǒng)設(shè)備當(dāng)中，充分應(yīng)用變頻控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)技術(shù)的創(chuàng)新，能夠有效提升設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際作用。

變頻控制技術(shù)是一種通過對(duì)變頻電源的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換的過程。而我國煤礦的基數(shù)相對(duì)較多，所采用的變頻器的數(shù)量也在不斷提升。在一定程度上，有效提升了變頻控制技術(shù)在我國煤礦機(jī)電設(shè)備當(dāng)中的應(yīng)用，促進(jìn)變頻控制技術(shù)得到一定程度上的發(fā)展。當(dāng)前情況下，在信息化技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展的狀態(tài)下，促進(jìn)變頻器得到更廣泛地發(fā)展。

一、變頻節(jié)能技術(shù)的原理

現(xiàn)階段，隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子技術(shù)和控制理論不斷被應(yīng)用于各行各業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展之中。變頻控制技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，隨著GTR元件和IGBT元件的出現(xiàn)，變頻控制技術(shù)已經(jīng)逐漸成為了智能頻率模塊中的重要組成部分。在控制理論的應(yīng)用中，同樣也實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)控制方式的有效改進(jìn)，在實(shí)際變頻器的應(yīng)用技術(shù)當(dāng)中，轉(zhuǎn)矩直接控制方式與矢量控制占據(jù)了重要作用。

從新技術(shù)的應(yīng)用上來看，控制方法主要分為模塊自動(dòng)化控制等多種方式，都是作為現(xiàn)代變頻控制技術(shù)中的重要研究內(nèi)容。

煤礦開發(fā)企業(yè)中的機(jī)電設(shè)備有很多，比如采煤機(jī)、提升機(jī)、輸送機(jī)以及流體負(fù)荷設(shè)備等。一般的機(jī)電設(shè)備如果直接接在供電線路上會(huì)持續(xù)工作在額定狀態(tài)，煤礦開發(fā)行業(yè)中，相關(guān)的機(jī)械設(shè)備往往處于一直運(yùn)行的狀態(tài)，但是煤炭開發(fā)過程中可能會(huì)存在一些設(shè)備空閑的狀態(tài)，當(dāng)空閑的過程中如果設(shè)備仍然處于額定運(yùn)行，此時(shí)就會(huì)增加設(shè)備的功耗，并且這些功耗并沒有進(jìn)行有意義的做功。同時(shí)長時(shí)間處于工作狀態(tài)的機(jī)電設(shè)備就會(huì)增大故障的機(jī)率，無形中又增大了企業(yè)的成本。

而隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，變頻設(shè)備開始得到了應(yīng)用。在工作過程中，變頻設(shè)備將進(jìn)入的供電頻率進(jìn)行改變，以此來調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行速度。我們都知道，正常供電系統(tǒng)中頻率是無法改變的，但是變頻設(shè)備能夠把50HZ工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電源，并把它送到逆變器（大功率晶體管開關(guān)組合），又稱功率模塊，為其提供工作電壓;同時(shí)外部設(shè)備的檢測(cè)參數(shù)能夠通過微處理器運(yùn)算，產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)（一般為PWM脈沖信號(hào)），也送入逆變器。然后由三相逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可調(diào)的三相交流電（合成波形近似正弦波），驅(qū)動(dòng)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行。這種控制方式能夠根據(jù)外界的工作環(huán)境對(duì)供電頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，利用調(diào)整頻率的電能去改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行速度，樣就能夠在設(shè)備閑置的過程中降低其運(yùn)行速度，進(jìn)而起到降低設(shè)備能耗的目的。

二、變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦企業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

煤礦企業(yè)是一個(gè)較為特殊的行業(yè)，在該行業(yè)中，相比于開采成本，企業(yè)更加重視工程安全。而變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦開采過程中的應(yīng)用相對(duì)較少，所以煤礦企業(yè)并沒有輕易的引入變頻節(jié)能設(shè)備。但是隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展和成熟，一些煤礦企業(yè)也開始嘗試該技術(shù)的推廣和使用。在這些設(shè)備應(yīng)用了變頻技術(shù)之后，不僅能夠大大節(jié)省開采能耗，同時(shí)還在很大程度上改善了設(shè)備運(yùn)行的性能，機(jī)電設(shè)備的使用效率得到了明顯的提升。

三、變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦企業(yè)應(yīng)用的建議

（一）變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦提升機(jī)上的應(yīng)用

提升機(jī)和傳輸級(jí)是煤礦生產(chǎn)企業(yè)中使用頻率和作用有相似的地方，一方面，這兩種設(shè)備本省工作環(huán)境相似，另一方面，這些設(shè)備自身有調(diào)速的需求。提升機(jī)在進(jìn)行提升的過程中需要進(jìn)行速度的調(diào)節(jié)，而傳輸設(shè)備也需要進(jìn)行調(diào)整。但是以往對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)速往往采用串電阻的調(diào)壓調(diào)速方式，雖然這種方法能夠調(diào)整速度，但是其本身增加的電阻也會(huì)產(chǎn)生較大的能耗。通過變頻技術(shù)能夠?qū)⒐l電壓進(jìn)行頻率調(diào)整，通過調(diào)節(jié)供電的頻率進(jìn)一步調(diào)整設(shè)備運(yùn)行的速度。如今這種控制也變得更加智能化，將電機(jī)控制過程中的相關(guān)變化量作為控制型號(hào)，利用微處理器進(jìn)行處理，能夠使得變頻設(shè)備按照條件的變化自動(dòng)調(diào)整電壓頻率。而在傳輸設(shè)備上，變頻設(shè)備以往使用的液力偶合器實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的軟起動(dòng)，但是這種方式會(huì)加速設(shè)備的老化和損壞。而變頻設(shè)備可以保證設(shè)備啟動(dòng)過程中電流的變化幅度很小，降低了對(duì)電機(jī)設(shè)備的沖擊，在節(jié)能調(diào)速的過程中也延長了設(shè)備的使用壽命。

（二）變頻節(jié)能技術(shù)在提升和傳輸機(jī)采煤機(jī)上的應(yīng)用

我國四象限運(yùn)行的交流變頻調(diào)速采煤技術(shù)是一種能量回饋型技術(shù)，該技術(shù)水平位于世界前列，我國生產(chǎn)的電牽引采煤機(jī)運(yùn)行功率可達(dá)2×110kW，變頻電壓可達(dá)380V，可以在額定轉(zhuǎn)速以上進(jìn)行恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速，并實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)變頻器之間的轉(zhuǎn)矩平衡和主從控制，也可在額定轉(zhuǎn)速下進(jìn)行恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速。四象限變頻器調(diào)速電牽引采煤機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中，在大傾角工作面，對(duì)制動(dòng)力矩進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，其可調(diào)節(jié)的范圍較大，且牽引速度基本上保持不變，無下滑跑車的情況，控制操作較簡便，可靠性較強(qiáng)。

（三）變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦流體負(fù)荷設(shè)備上的應(yīng)用

在流體負(fù)荷設(shè)施中應(yīng)用變頻技術(shù)主要是對(duì)泵和風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用逐漸增加，且科研人員專門研發(fā)出了適合煤礦開采特殊環(huán)境的變頻調(diào)速設(shè)備。風(fēng)機(jī)經(jīng)過改造后，其實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速顯著比改造前小，而改造前前導(dǎo)器半關(guān)閉的風(fēng)壓、風(fēng)量是改造后風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行輸出功率的3倍，這種性能更適宜應(yīng)用在煤礦開采工作中，極大地節(jié)約電能。在給液用泵、礦區(qū)給水中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)后，能夠很好的對(duì)該設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)速，加強(qiáng)了生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的控制力度，提高了控制的靈活性，有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用提高了抽水泵控制的靈活度，使抽水泵能夠?qū)崟r(shí)加減速、平滑起停，且使井下液位保持固定值，縮短了泵空轉(zhuǎn)時(shí)間，減少了抽水泵頻繁起停而消耗的電能，降低了機(jī)械設(shè)施損耗，有效提高了生產(chǎn)效率。

結(jié)束語

綜上所述，近幾年我國加大了對(duì)環(huán)境的保護(hù)力度，利用進(jìn)口煤礦代替國內(nèi)開發(fā)的趨勢(shì)越來越明顯，對(duì)于國內(nèi)煤礦開采企業(yè)來說，必須降低開發(fā)成本，才能夠在國內(nèi)煤炭市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)中獲得發(fā)展的利潤。而煤礦開采過程中機(jī)電設(shè)備是必不可少的，電機(jī)本身需要消耗大量的電能，控制好機(jī)電設(shè)備的能耗對(duì)于降低開發(fā)成本有著巨大的作用。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：陜西金源招賢礦業(yè)有限公司）