變頻技術(shù)在機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造中的應(yīng)用探究

孔治國(guó)

（山西華融龍宮煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 原平 034100）

引言

變頻技術(shù)具有調(diào)速、調(diào)壓等多種功能，在礦山生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造中的應(yīng)用比較常見(jiàn)。另外，在變頻器運(yùn)行過(guò)程中，該技術(shù)具有穩(wěn)定性強(qiáng)、可靠性高的優(yōu)勢(shì)，但是在運(yùn)行過(guò)程中也存在一些不足，包括噪音大、成本高、可產(chǎn)生高次諧波等等。對(duì)此，在機(jī)電設(shè)備改造中，應(yīng)當(dāng)對(duì)其運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并選擇適宜的變頻技術(shù)進(jìn)行改造，提升機(jī)電設(shè)備運(yùn)行調(diào)控高效性。

1 煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用原理

在礦山機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造中，變頻技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛，對(duì)于提升機(jī)、運(yùn)輸皮帶、煤機(jī)等，均可利用變頻技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造，提升設(shè)備運(yùn)行效率，對(duì)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行速度進(jìn)行智能化調(diào)控。比如，當(dāng)機(jī)電設(shè)備處于暫停運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，能夠?qū)⑵溥\(yùn)行功率調(diào)整為最低值，進(jìn)而減少能耗損失。當(dāng)機(jī)電設(shè)備處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，或者長(zhǎng)時(shí)間處于高峰運(yùn)行狀態(tài)，可將機(jī)電設(shè)備電能調(diào)整為最大水平，避免對(duì)采煤作業(yè)過(guò)程造成不良影響，同時(shí)減少能耗損失。由此可見(jiàn)，為促進(jìn)我國(guó)煤炭行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，應(yīng)當(dāng)將變頻技術(shù)推廣應(yīng)用于機(jī)電設(shè)備改造中，對(duì)機(jī)電設(shè)備應(yīng)用智能化調(diào)控方式，減少設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的成本投入量，促進(jìn)煤炭作業(yè)綜合效率的提升[1]。變頻器組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造中變頻技術(shù)的應(yīng)用

2.1 在掘進(jìn)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

在礦區(qū)掘進(jìn)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，必須保證具有充足的驅(qū)動(dòng)力，因此，掘進(jìn)機(jī)的能耗比較大。另外，掘進(jìn)設(shè)備的機(jī)械性能會(huì)對(duì)地下隧道滲透速度產(chǎn)生直接影響，同時(shí)，產(chǎn)能高低可對(duì)礦區(qū)生產(chǎn)效率產(chǎn)生較大影響，因此，在掘進(jìn)機(jī)節(jié)能改造中應(yīng)用變頻技術(shù)十分重要?，F(xiàn)如今，國(guó)內(nèi)很多礦區(qū)已將變頻技術(shù)應(yīng)用于采掘機(jī)改造中，在采掘機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)遇到復(fù)雜多變的地質(zhì)條件，包括煤層、巖層、斷面層等等，要求采掘機(jī)能夠調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)。因此，可應(yīng)用變頻技術(shù)對(duì)掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行速度和方向進(jìn)行針對(duì)性控制，提升掘進(jìn)效率，同時(shí)對(duì)掘進(jìn)過(guò)程中的能耗損失進(jìn)行有效控制。

2.2 在斗提機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

在斗提機(jī)節(jié)能改造中，可利用變頻技術(shù)設(shè)計(jì)電子控制系統(tǒng)，比如高壓變頻變速自動(dòng)控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)運(yùn)行中，抗干擾能力比較強(qiáng)，對(duì)于高壓主電源電路和低壓控制回路之間，可采用光纖傳輸方式連接，并利用激光焊接施工方式，保證電防護(hù)特性。另外，還可將PLC控制技術(shù)應(yīng)用于斗提機(jī)節(jié)能改造中，對(duì)斗提機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的操作過(guò)程進(jìn)行全面監(jiān)控和調(diào)控[2]。

2.3 在水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用

在煤礦資源開(kāi)采生產(chǎn)中，多級(jí)泵的應(yīng)用比較常見(jiàn)。在水泵電機(jī)運(yùn)行中，在電磁能作用下電機(jī)能夠推動(dòng)多級(jí)泵，使得多級(jí)泵持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，在此過(guò)程中，電磁能即可轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械動(dòng)能，將礦井中的水抽排至地面。水泵處于井底運(yùn)行，因此水泵運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，存在很多復(fù)雜的影響因素，如果采用傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)，則隨著水泵運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，可能會(huì)發(fā)生各類(lèi)故障，同時(shí)還會(huì)造成水泵運(yùn)行成本增加。對(duì)于礦區(qū)水泵，可采用直流啟動(dòng)模式，在水泵運(yùn)行中的電流量比較大，同時(shí)，電機(jī)電纜損耗也比較大，在電纜線運(yùn)行過(guò)程中，反壓比較高，而介電強(qiáng)度逐漸減少，因此，在水泵每次啟動(dòng)時(shí)，均可能會(huì)導(dǎo)致其使用壽命縮短。

2.4 在排風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

煤礦資源開(kāi)采作業(yè)環(huán)境比較惡劣，為保證礦區(qū)作業(yè)人員身體健康，保證礦產(chǎn)資源開(kāi)采的持續(xù)性和安全性，要求在礦區(qū)安裝主扇風(fēng)機(jī)，保證礦井通風(fēng)安全。主扇風(fēng)機(jī)每日運(yùn)行時(shí)間比較長(zhǎng)，可作為礦井“呼吸系統(tǒng)”，能耗損失比較大。在風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中，可安裝變頻器，使得風(fēng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)變頻軟啟動(dòng)，避免啟動(dòng)點(diǎn)流量的沖擊作用，同時(shí)還可對(duì)啟動(dòng)和終止操作進(jìn)行調(diào)控。

2.5 在煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

在皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，交流電可提供充足動(dòng)力，液力耦合器可發(fā)揮傳動(dòng)作用，通過(guò)工頻拖動(dòng)即可開(kāi)始運(yùn)行，在煤礦運(yùn)輸中是十分重要的機(jī)電設(shè)備類(lèi)型。但是，在皮帶運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)下，電流比較大，同時(shí)傳統(tǒng)效率比較低，機(jī)械沖擊也比較大，對(duì)此，可利用變頻技術(shù)對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，避免當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)處于重載或者啟停狀態(tài)下產(chǎn)生跑帶、斷帶等問(wèn)題，促進(jìn)皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行效率的提升。在變頻技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，可有效降低皮帶運(yùn)輸機(jī)帶強(qiáng)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)變頻器啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)控，延長(zhǎng)皮帶運(yùn)輸機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間，降低設(shè)備運(yùn)行成本。另外，變頻器可發(fā)揮軟啟動(dòng)功能，直接驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸機(jī)，并將運(yùn)輸機(jī)和電機(jī)進(jìn)行有效結(jié)合，當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)后，運(yùn)輸機(jī)即可隨之被帶動(dòng)，在這一階段，運(yùn)輸機(jī)的張力比較小，同時(shí)皮帶中的能量也可逐漸釋放，因此不會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞[3]。

2.6 在空壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造中的應(yīng)用

在礦區(qū)空壓機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中，可產(chǎn)生瞬時(shí)電流，對(duì)系統(tǒng)中的各類(lèi)設(shè)備造成損傷，導(dǎo)致其使用年限縮短。對(duì)此，在空壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造中，可應(yīng)用變頻技術(shù)減少瞬時(shí)電流，避免對(duì)設(shè)備造成不良影響。在壓風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程中，需使得泵房壓力處于閉環(huán)狀態(tài)，對(duì)變頻系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，在此過(guò)程中，需利用系統(tǒng)壓力這一關(guān)鍵性指標(biāo)，對(duì)變頻系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。如果壓風(fēng)系統(tǒng)的壓力發(fā)生變化，則變頻系統(tǒng)能夠?qū)z測(cè)壓力值作為重要依據(jù)，對(duì)內(nèi)部壓力進(jìn)行智能化調(diào)控，保證系統(tǒng)壓力符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證壓風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。另外，在泵房空壓機(jī)節(jié)能改造中，可利用PLC技術(shù)，并安裝觸摸屏，將供氣系統(tǒng)儲(chǔ)氣罐壓力設(shè)定為主要標(biāo)準(zhǔn)，并聯(lián)合應(yīng)用壓力變送器，對(duì)儲(chǔ)氣罐壓力以及其他運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，將各類(lèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后傳輸至PLC控制儀中，與觸摸屏壓力設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)差值大小對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)控。通過(guò)應(yīng)用變頻裝置，即可對(duì)電機(jī)運(yùn)行頻率、轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效控制，縮短實(shí)際壓力和設(shè)定壓力之間的偏差。

2.7 在采煤機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

在礦區(qū)生產(chǎn)中，采煤機(jī)是十分重要的設(shè)備，而采煤機(jī)的運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，粉塵量大，空氣濕度也比較高。在電牽式采煤機(jī)技術(shù)改造中，以往采用滑差調(diào)速方法，通過(guò)充分利用自身變頻調(diào)節(jié)功能，即可促進(jìn)采煤機(jī)變速能力的提升。在采煤機(jī)節(jié)能改造中應(yīng)用變頻技術(shù)，可采用回饋型四象限變頻器，在采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中采用一對(duì)二作業(yè)模式，而在變頻調(diào)節(jié)功能的做義工西啊，可實(shí)現(xiàn)一對(duì)一作業(yè)模式，促進(jìn)采煤機(jī)運(yùn)行效率的提升，同時(shí)減少采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的磨損量以及設(shè)備運(yùn)維成本投入量。另外，在采煤機(jī)變頻調(diào)速中，可利用PLC控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障隱患后，即可準(zhǔn)確定位故障位置，便于后續(xù)維護(hù)管理。

3 結(jié)語(yǔ)

在礦區(qū)生產(chǎn)中，機(jī)電設(shè)備類(lèi)型比較多，很多機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境惡劣，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，能耗損失比較大。對(duì)此，可利用變頻技術(shù)對(duì)礦區(qū)各類(lèi)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造，對(duì)各類(lèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行高效調(diào)控，促進(jìn)礦區(qū)開(kāi)采作業(yè)朝向智能化以及自動(dòng)化方向發(fā)展。