煤礦機電設(shè)備中變頻技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用

劉 智 馬英輝

（陜西陜煤曹家灘礦業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000）

1 前言

我國對于煤炭的開采歷史悠久，從最原始的手動開采，到借助各種工具，我國煤礦的開采工作經(jīng)過了長時間的發(fā)展，目前已經(jīng)全部實現(xiàn)了機械化開采。與傳統(tǒng)的開采方式相比，使用各種機電設(shè)備的開采使得生產(chǎn)效率得到了大幅度提升。但是機電設(shè)備在運行過程中所帶來的問題，不僅制約到了煤炭開采行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，也對我國的能源發(fā)展產(chǎn)生了一定的阻礙。比如機電設(shè)備在運行過程中帶來的能耗高、故障率高和安全系數(shù)低等問題。為了實現(xiàn)煤礦開采取得更進一步的效率，必須要解決這些問題。通過研究發(fā)現(xiàn)，采用變頻技術(shù)，可有效提高機電設(shè)備在運行中的能源利用率，降低能源消耗。不僅如此，還能極大提升機電設(shè)備運行的穩(wěn)定性。

2 變頻技術(shù)含義、發(fā)展、原理及優(yōu)勢

2.1 變頻技術(shù)的含義

變頻技術(shù)是指將直流電通過逆轉(zhuǎn)換變成不同頻率的交流電的一種轉(zhuǎn)換技術(shù)，整個技術(shù)的核心是變頻器設(shè)備。通過對工作電流頻率的改變實現(xiàn)控制交流電，在整個轉(zhuǎn)換過程中只有頻率發(fā)生了變化，電能是不會被改變的。作為核心設(shè)備，變頻器將電源中的電源進行改變，從而實現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)和變化，并確保正常工作下的電流和電壓能夠得到保障[1]。變頻的主要目的就是為了節(jié)省電能，由于其良好的穩(wěn)定性，以及通過節(jié)約能源消耗而帶來巨大的經(jīng)濟效益，廣泛被各行各業(yè)所使用。

2.2 變頻技術(shù)的發(fā)展

變頻技術(shù)的發(fā)展，是在電子元器件發(fā)展的基礎(chǔ)上衍生出來的。從上世紀60 年代開始，電子元器件的技術(shù)得到了空前發(fā)展，從儲器的晶閘管到技術(shù)程度較高的控制晶閘管，通過技術(shù)的不斷提升，給變頻技術(shù)的發(fā)展打下了扎實的基礎(chǔ)。技術(shù)發(fā)展到上世紀70 年點，開始出現(xiàn)了VVVF 調(diào)速技術(shù)，引起了相關(guān)行業(yè)的熱議。再到上世紀80 年代，出現(xiàn)了PWM 模式為技術(shù)核心的變頻技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上不斷進行優(yōu)化，這個階段變頻技術(shù)得到了空前的發(fā)展，并出現(xiàn)了各種優(yōu)化模式，使用到市場中。隨著全球?qū)Νh(huán)節(jié)保護以及能源危機的意識越來越強，變頻技術(shù)無論從技術(shù)上，還是從市場應(yīng)用上都得到了很大的提升。

2.3 變頻技術(shù)的原理

在原有電壓條件下，通過對交流電的頻率進行改變，并自動控制設(shè)備。使用變頻器并利用電力半導(dǎo)體的元器件作為通斷作用，將交流電再轉(zhuǎn)換為可變交流電，從而達到了變頻調(diào)速的效果[2]。

2.4 變頻技術(shù)的優(yōu)勢

在煤礦行業(yè)中，由于使用大量的機電設(shè)備，必然要消耗大量的電能。眾所周知，我國目前電能主要還是來源于火力發(fā)電，而火力發(fā)電使用的原材料就是煤炭。電力的需求提高，也就意味著要消耗更多的煤炭才能滿足社會的發(fā)展需求。地球下可開采的煤炭資源是有限的，待到消耗殆盡時，將會給社會的經(jīng)濟發(fā)展帶來嚴重的制約。因此，通過變頻技術(shù)的使用，在保證創(chuàng)造同樣的社會價值前提下，減少煤炭的消耗，不僅能提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，從宏觀層面來說，延長了地球上可開采煤炭的使用年限。

不僅如此，變頻技術(shù)在機電設(shè)備的運行可靠性和穩(wěn)定性方面都要高于傳統(tǒng)的技術(shù)。在機電設(shè)備工作過程中，變頻器和電機的運行機制與運行過程中所產(chǎn)生的實際符合相結(jié)合，從而能夠精確地控制電極的運行，達到穩(wěn)定性的目的。如果運行過程中動電流要比額定電流值小，對電機進行控制，降低其運行速度，從而實現(xiàn)電機的損耗降低。

3 煤礦機電設(shè)備中變頻技術(shù)的使用原則

變頻技術(shù)作為一項高水平技術(shù)，不僅能夠促進機電設(shè)備能夠穩(wěn)定的運行，提升設(shè)備運行壽命，而且降低設(shè)備運行過程中的損耗，通過節(jié)能減排，實現(xiàn)低碳環(huán)保，其應(yīng)用范圍越廣泛，將會對企業(yè)的經(jīng)濟效益以及我國的資源環(huán)境保護都會帶來很多好處。但是，變頻技術(shù)也不是在任何場合、任何機電設(shè)備都可以使用的。在煤礦機電設(shè)備中變頻技術(shù)的使用需要遵循下述幾項原則。

3.1 使用條件需要被滿足

我國的煤礦機電設(shè)備經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，已經(jīng)在大多數(shù)機電設(shè)備上都使用到了變頻技術(shù)，在使用過程中必須使用到變頻器。煤礦機電設(shè)備不同于一般的機電設(shè)備，由于是要深入地下進行煤礦的開采，設(shè)備不僅體積龐大，數(shù)量眾多，而且為了實現(xiàn)各種功能，設(shè)備的零件眾多，構(gòu)造復(fù)雜。使用變頻技術(shù)時，需要綜合考慮到設(shè)備的狀態(tài)和各電氣參數(shù)，尤其是要注意電容量，不滿足使用的情況下需要進行改造，包括時間和電壓的技術(shù)參數(shù)都要進行確認。

3.2 機電設(shè)備運行時的負載模式要匹配

雖然在煤礦開采過程中會使用到大量的機電設(shè)備，但是這些機電設(shè)備根據(jù)開采過程中分擔(dān)的任務(wù)不同，設(shè)備的性能、參數(shù)均有著比較大的差異。因此這些人設(shè)備在運行過程中負載能力也各有差異。此時使用到變頻技術(shù)，顯然不能過于統(tǒng)一，必須要根據(jù)各機電設(shè)備的電動機實際參數(shù)進行匹配合適的變頻技術(shù)，同時還要考慮到變頻器設(shè)備，可能會涉及到設(shè)備的改造等工作。比如在選擇恒轉(zhuǎn)矩負載時，一般都要選擇運行穩(wěn)定性高的變頻設(shè)備，風(fēng)機泵由于性價比高，而且輸出的參數(shù)也比較精準，可以適當(dāng)進行應(yīng)用。為了更進一步提升設(shè)備運行的穩(wěn)定性，通常需要對設(shè)備之間進行參數(shù)的精準確認和匹配，這樣才能做出最優(yōu)的負載模式匹配。因此，機電設(shè)備需要根據(jù)各自特點進行匹配，不可一成不變。

3.3 嚴格按照操作規(guī)范進行安裝和使用

變頻技術(shù)之所以能降低設(shè)備的能源消耗，促進機電設(shè)備穩(wěn)定運行，和變頻技術(shù)的嚴格操作規(guī)范也有著密不可分的關(guān)系。在設(shè)備使用變頻技術(shù)之前，首先需要做好變頻技術(shù)的安裝。設(shè)備和設(shè)備之間嚴格按照操作規(guī)范進行各參數(shù)、性能指標的比對確認，這樣才能提升設(shè)備的而運行效率，否正會影響到最終的操作結(jié)果。變頻技術(shù)在安裝時，為了保證設(shè)備的運行穩(wěn)定性和使用壽命，設(shè)備的安裝環(huán)境也有一定的要求，比如不能置于潮濕的空氣中，外界的環(huán)境溫度也不能過低，一般要控制在10°C 以上[3]。另外還有一點容易被人們所忽略，為了發(fā)揮變頻技術(shù)的效率，最佳安裝地區(qū)的海拔在1000m 以內(nèi)。當(dāng)然不是說超過這個海拔就不能使用變頻技術(shù)了，而是需要對設(shè)備進行防護設(shè)置，這樣才能保證變頻技術(shù)不受影響。

4 煤礦機電設(shè)備中變頻技術(shù)的具體應(yīng)用

煤炭機電設(shè)備中由于設(shè)備的種類眾多，很多環(huán)節(jié)都可以應(yīng)用到變頻技術(shù)。

4.1 礦井提升機中應(yīng)用變頻技術(shù)

作為煤礦生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，礦井提升機主要復(fù)雜運輸人員、開采材料和煤炭的運輸，不僅影響到了煤礦開采效率，其運行穩(wěn)定性更直接影響到了煤炭企業(yè)員工的生命財產(chǎn)安全。傳統(tǒng)開采過程中，主要是通過切換相應(yīng)的操作擋位來實現(xiàn)提升機的調(diào)速，它的工作原理和手動汽車的換擋有些類似。擋位和提升機上的轉(zhuǎn)子中的電阻相連接，通過對電阻的調(diào)節(jié)就可以實現(xiàn)調(diào)速。這種操作方法雖然比較監(jiān)督，但是當(dāng)電阻過大時，就會消耗較多的電能，而且電阻由于發(fā)熱，影響電阻的使用壽命。如果提升機在運行過程中遇到電阻故障，將直接影響到提升機的運行安全。因此，對提升機進行變頻技術(shù)改造，減少了因調(diào)節(jié)電阻而帶來的能量損耗。變頻技術(shù)可以實現(xiàn)無極調(diào)速，促進提升機更加平穩(wěn)的運行。而且，變頻技術(shù)與傳統(tǒng)的機械開關(guān)調(diào)速不同，它不會出現(xiàn)機械故障，因此也就避免了設(shè)備因機械問題而造成安全事故了。

4.2 礦井通風(fēng)中應(yīng)用變頻技術(shù)

為了保證礦井下作業(yè)人員的安全，需要及時將地下氣體排除，這就要求通風(fēng)設(shè)備必須不間斷工作，而且要具備超強的運行穩(wěn)定性。如果電網(wǎng)中的電壓波動較大，容易造成通風(fēng)機運行時風(fēng)扇葉片出現(xiàn)晃動[4]，這樣就不利于風(fēng)力的循環(huán)。而且長時間這種狀態(tài)，也很容易破壞風(fēng)扇，造成安全事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的通風(fēng)機中通過對葉片安裝角度的角度來實現(xiàn)風(fēng)機工況，操作不僅不方便，而且精確度也不高。甚至在一些情況下會對其他設(shè)備造成沖擊電流。通過變頻技術(shù)的改造，提高通風(fēng)機的運行穩(wěn)定性，延長通風(fēng)機的使用壽命。更重要的是，給礦井作業(yè)人員的生命財產(chǎn)安全提供了可靠的保障。

4.3 皮帶運輸機中應(yīng)用變頻技術(shù)

為了可靠地將開采出來的煤礦運輸?shù)降厣希枰褂玫狡н\輸機。它是通過皮帶的摩擦力，將放在皮帶上的物體進行運輸。由于煤礦開采過程的持續(xù)性，皮帶運輸機的運行持續(xù)時間非得長，一般不會停下來。傳統(tǒng)開采過程中，通過設(shè)備的調(diào)速能實現(xiàn)皮帶的調(diào)速，但是容易產(chǎn)生較大的沖擊力，一旦超過皮帶的承受力，就會拉斷皮帶，給運輸機的運行帶來安全隱患。通過變頻技術(shù)的改造，可以在啟動時以較低的頻率力控制皮帶運輸機，平緩將電能輸出，這樣不僅減少沖擊力，延長皮帶的使用壽命，而且還能提升工作效率。

5 結(jié)語

煤炭對于我國的經(jīng)濟發(fā)展起到了非常重要的促進作用。同時由于地球的煤炭儲存量隨著開采的力度越來越大，能源危機的問題也越來越突出，這就要求各行各業(yè)從能源節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略眼光來推動技術(shù)的革新。在煤炭機電設(shè)備中，合理應(yīng)用變頻技術(shù)，不僅能夠提升設(shè)備的運行效率，降低企業(yè)能源消耗，還能夠促進機電設(shè)備安全平穩(wěn)的運行，促進企業(yè)的良性發(fā)展。