變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用①

李文沛

摘要：目前，我國所有煤礦幾乎已經(jīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械普及化，安全性及生產(chǎn)效率均大幅提高。機(jī)電設(shè)備在煤礦機(jī)械化開采過程中，不可否認(rèn)的發(fā)揮了關(guān)鍵的作用，但是機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行仍存在一些問題，嚴(yán)重制約了我國煤炭業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。因此，解決機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的問題是必要的，從而才能實(shí)現(xiàn)煤礦開采業(yè)真正的發(fā)展。運(yùn)用變頻技術(shù)，可以起到以下幾方面的作用：一是節(jié)能，二是減少機(jī)械沖擊，三是減少改善消除電網(wǎng)電壓諧波，起到改善機(jī)電設(shè)備的目的，從而提高機(jī)電設(shè)備的安全性與高效性。本文分析了機(jī)電設(shè)備在傳統(tǒng)運(yùn)營模式中存在的問題以及變頻技術(shù)在機(jī)電設(shè)備高效運(yùn)行中的實(shí)施與應(yīng)用。

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

一、引言

近年來，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對推動設(shè)備機(jī)械化水平不斷提高，提高電子化水平發(fā)揮了重要作用，大力促進(jìn)煤炭資源的開發(fā)利用，開發(fā)利用中的保護(hù)是保證煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要舉措與重要推力。

煤炭工業(yè)中實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的過程十分復(fù)雜，并且與眾多機(jī)電、機(jī)械設(shè)備相關(guān)聯(lián)。不難想象，如果在機(jī)電、機(jī)械設(shè)備的管理層面出現(xiàn)紕漏，則會導(dǎo)致嚴(yán)重的煤礦安全問題。因此，管理煤礦機(jī)電設(shè)備的問題極為重要，需要越早越好地發(fā)現(xiàn)煤礦機(jī)電設(shè)備中的安全性問題并采取必要且積極的應(yīng)對措施，而引入變頻技術(shù)就是改善這一問題的必要環(huán)節(jié)。通過充分發(fā)揮變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的合理應(yīng)用，推動中國煤炭工業(yè)行業(yè)的安全發(fā)展與可持續(xù)性發(fā)展。

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

2.1煤礦機(jī)電設(shè)備引入變頻技術(shù)的必要性

2.1.1變頻技術(shù)在機(jī)電設(shè)備中的節(jié)能作用

近年來，隨著國家對中小煤炭企業(yè)的管理和人們的環(huán)保意識的提高，煤炭行業(yè)已采用變頻節(jié)能技術(shù)，廣泛應(yīng)用于煤炭機(jī)電設(shè)備。如果在皮帶傳輸機(jī)、通風(fēng)機(jī)、提升機(jī)等機(jī)械設(shè)備上安裝頻率轉(zhuǎn)換工程技術(shù)，就能有效提高設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性，而且在采煤過程中可以降低機(jī)電設(shè)備的高耗能。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，采用變種變頻節(jié)能技術(shù)，可以有效降低機(jī)械設(shè)備的保修頻率，降低煤炭企業(yè)機(jī)械設(shè)備的保修成本，有效提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效益。

2.1.2變頻技術(shù)在機(jī)電設(shè)備中的減少沖擊作用

在我國煤炭工業(yè)的生產(chǎn)過程中，需要頻繁啟停的機(jī)電設(shè)備眾多，比如皮帶輸送機(jī)、礦井提升機(jī)等等。在傳統(tǒng)生產(chǎn)模式中的控制設(shè)備啟停時，傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備啟動方法，不能有效、科學(xué)地控制該設(shè)備的電壓或電流，使得機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定性被打破，經(jīng)常容易受到大的沖擊。而煤礦機(jī)電設(shè)備在沖擊載荷的作用下，極其容易發(fā)生一些不可控事故。例如，當(dāng)提升機(jī)停止工作時，鋼絲繩可能會斷裂;當(dāng)皮帶輸送機(jī)啟動時，功率突然增加可能會導(dǎo)致皮帶斷裂的問題。而造成這些危險現(xiàn)象的原因均是電流在設(shè)備運(yùn)行中的不穩(wěn)定，使得機(jī)電設(shè)備會經(jīng)常突然承受很大的沖擊負(fù)擔(dān)。

2.1.3變頻技術(shù)在機(jī)電設(shè)備中的消除諧波作用

煤礦機(jī)電設(shè)備大多為工頻交流電設(shè)備，當(dāng)電網(wǎng)電壓的狀態(tài)相對平穩(wěn)時，其設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)會相對穩(wěn)定。但是在運(yùn)行狀態(tài)下，一些煤礦機(jī)電設(shè)備會產(chǎn)生諧波，這些諧波一旦注入到電網(wǎng)中，就會引起電網(wǎng)電壓的波動。煤礦機(jī)電設(shè)備的電磁場會被這些波動影響，導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)下會發(fā)生一些異常情況。除此之外，一些煤礦機(jī)電設(shè)備也可能會出現(xiàn)震動劇烈的現(xiàn)象，震動較輕時會引起設(shè)備發(fā)熱，影響其性能，嚴(yán)重時會導(dǎo)致設(shè)備的重要部分，軸承的斷裂。電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波雖然從短期來看不會對煤礦的機(jī)電設(shè)備產(chǎn)生較大影響，但從長期眼光來看，諧波無疑會縮短各個機(jī)電設(shè)備的使用壽命，更會對中國的整個煤炭工業(yè)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)造成消極影響。

2.2變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用分析

通過上文分析可知，煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)一些問題的主要原因是電壓或電流不能滿足高要求：即煤礦機(jī)電設(shè)備的性能操作。針對這些問題，采用變頻技術(shù)對機(jī)電設(shè)備進(jìn)行改善與提升是可以取得很強(qiáng)成效的。變頻技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠靈活運(yùn)用整流和逆變技術(shù)，而其基本原理也是通過這兩項(xiàng)技術(shù)對工頻交流電造成良性改變。下面以四個常見且重要的煤礦機(jī)電設(shè)備為例，即皮帶輸送機(jī)、礦井通風(fēng)機(jī)、礦井提升機(jī)，以及刮板輸送機(jī)中分析變頻技術(shù)在煤炭工業(yè)生產(chǎn)中的具體應(yīng)用。

2.2.1變頻技術(shù)在皮帶輸送機(jī)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的皮帶輸送機(jī)的速度調(diào)控是不能實(shí)時自動更改的，而是通過液力耦合器來改變，運(yùn)用液力耦合器這種裝置對皮帶輸送機(jī)進(jìn)行的調(diào)速一是不夠靈活，二是每次進(jìn)行調(diào)速更改，都會對皮帶輸送機(jī)造成較大的沖擊，沒有辦法照顧到皮帶輸送機(jī)的特性，很容易造成皮帶輸送機(jī)的皮帶斷裂，從而對整個礦井造成很大的安全隱患。由點(diǎn)及面，可想而知傳統(tǒng)的皮帶運(yùn)輸機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)會對我國整個煤炭工業(yè)造成多么大的安全風(fēng)險。所以，改革皮帶運(yùn)輸機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)刻不容緩，而其最佳手段與媒介就是變頻技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的皮帶運(yùn)輸機(jī)采用單片機(jī)控制器來控制主動輪，應(yīng)用變頻技術(shù)則可以在設(shè)備啟動時，以一個較為適合的低頻率來控制設(shè)備運(yùn)行，這樣的優(yōu)點(diǎn)有二，一是可以避免啟動皮帶運(yùn)輸機(jī)時一瞬間產(chǎn)生的較大沖擊電流，二是可以保障啟動皮帶運(yùn)輸機(jī)時的轉(zhuǎn)矩需求。變頻技術(shù)可以大幅降低皮帶運(yùn)輸機(jī)的發(fā)熱情況，減輕皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行時皮帶承受的拉力，從而起到改善、提升皮帶運(yùn)輸機(jī)性能的目的。

2.2.2變頻技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

目前在我國的傳統(tǒng)礦井通風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式中，不能對電網(wǎng)的電壓進(jìn)行有效控制，這就導(dǎo)致在電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定、波動較大時，會對礦井通風(fēng)機(jī)的風(fēng)扇葉片造成強(qiáng)力影響，導(dǎo)致其晃動劇烈、設(shè)備發(fā)熱，長期以往便會對礦井通風(fēng)機(jī)造成一定程度上的設(shè)備損耗，造成礦井安全事故概率的增加。傳統(tǒng)礦井通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行原理是改變調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)扇葉片安裝角來實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)，而其在調(diào)節(jié)時耗時耗力，便利性很低。尤其在一些特殊情形下，通風(fēng)機(jī)需要即刻停止，而在傳統(tǒng)模式中，其進(jìn)行停止時并不能控制風(fēng)速，這就導(dǎo)致會有較大的沖擊電流逆向注入到電網(wǎng)中，導(dǎo)致礦井其他設(shè)備均受到很大的電流沖擊。而在礦井通風(fēng)機(jī)中應(yīng)用變頻技術(shù)，就可以通過改變電壓的頻率來調(diào)節(jié)礦井通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)，這就大大提供的設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性與安全性，降低了電網(wǎng)電壓的波動對礦井通風(fēng)機(jī)造成的不安全性影響。另外，電網(wǎng)電壓對礦井通風(fēng)機(jī)的不良影響下降后，就能很大程度上的提升礦井通風(fēng)機(jī)的工作時長及使用壽命，減少了礦井通風(fēng)機(jī)的日常維護(hù)修理成本，從而提高煤礦的長期經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.3變頻技術(shù)在刮板輸送機(jī)中的應(yīng)用

為了解決重載啟動的問題，傳統(tǒng)的刮板輸送機(jī)通常由減速機(jī)、雙速電機(jī)、液力聯(lián)軸器、電動軟起動器等驅(qū)動。從使用的角度來看，隨著功率的增加配置，上述方法可以解決重負(fù)荷的問題，開始在某種程度上應(yīng)用效果并不理想，造成過度的浪費(fèi)資源分配，上面的起動方法由地下供電能力是有限的。采用雙電機(jī)交錯啟動方式，相當(dāng)于啟動力矩的一半。從變頻應(yīng)用的角度來看，變頻驅(qū)動是解決刮板輸送機(jī)重載問題的一種很好的解決方案，并且啟動時間可以手動控制，啟動平穩(wěn)性幾乎是完美的。

三、結(jié)語

不可否認(rèn)，在我國現(xiàn)階段的煤炭工業(yè)現(xiàn)代化開采過程中，煤礦機(jī)電設(shè)備起到了重要作用，而由于傳統(tǒng)的煤礦機(jī)電設(shè)備存在諸多弊端，不同程度上的影響了煤礦開采過程中的安全、煤炭工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展以及煤礦的長期經(jīng)濟(jì)效益，因此引入變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用是十分具有必要性的，可以推動我國煤炭工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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