關(guān)于煤礦機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能技術(shù)的研究

摘要：煤炭企業(yè)對(duì)能耗的控制水平直接決定著其是否能夠有效降低成本、保護(hù)環(huán)境，以保持其在全行業(yè)內(nèi)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。因此，用電量占煤礦企業(yè)用電總量的70%以上的礦井生產(chǎn)系統(tǒng)，其設(shè)備的能耗控制就成為了企業(yè)節(jié)能的關(guān)鍵。在這一背景下，變頻節(jié)能技術(shù)因其優(yōu)越的調(diào)節(jié)性能和顯著的節(jié)能效果開始被廣泛應(yīng)用于礦井機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行控制中。本文從變頻節(jié)能技術(shù)的原理出發(fā)，詳細(xì)討論了該技術(shù)在不同礦井機(jī)電設(shè)備中的具體應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：煤礦生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能技術(shù)

中圖分類號(hào): TD4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X(2012)03(B)-0000-00

1 變頻節(jié)能技術(shù)概述

1.1 變頻技術(shù)調(diào)速節(jié)能的原理

各種機(jī)電設(shè)備的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中，為使設(shè)備不在滿載負(fù)荷下運(yùn)行，通常都保有一定的富余量，但達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)需求后，其余的力矩會(huì)使有功功率的消耗增加，造成電力資源的浪費(fèi)。為達(dá)到節(jié)能目的，可調(diào)整機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行速度以降低其軸功率。變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)就是利用電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率間的正比例關(guān)系，用變頻器將設(shè)備的電源頻率改變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速及功率的有效控制。變頻器電路一般由整流、中間直流、逆變與控制四部分構(gòu)成，工作中先通過整流器將工頻交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源，再將其轉(zhuǎn)換成電壓、頻率均可控制的交流電源，最后提供給機(jī)電設(shè)備使用。

1.2 變頻技術(shù)的發(fā)展及其在煤礦生產(chǎn)中的重要性

隨著電子科技的進(jìn)步和發(fā)展，目前變頻技術(shù)在理論與實(shí)踐兩方面都已取得引人矚目的成果，其控制方式的改進(jìn)、智能功率模塊的普及、以及高級(jí)專用集成電路的運(yùn)用都大大提高了變頻技術(shù)的綜合化水平，使其在可靠的調(diào)速功能外，還實(shí)現(xiàn)了通信、編程及參數(shù)辨識(shí)等多種實(shí)用功能。

近年來，節(jié)能減排成為了我國(guó)宏觀調(diào)控的重點(diǎn)，而煤炭企業(yè)作為用電大戶，對(duì)其能耗的控制水平直接決定著企業(yè)是否能夠有效降低成本、保護(hù)環(huán)境，以保持其在全行業(yè)內(nèi)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，獲得長(zhǎng)期、穩(wěn)定的發(fā)展空間。現(xiàn)階段礦井機(jī)電設(shè)備的用電量通常可占煤礦企業(yè)用電總量的70%以上，因此也就成為了煤礦企業(yè)節(jié)能的關(guān)鍵。在這一背景下，變頻節(jié)能技術(shù)因其優(yōu)越的調(diào)節(jié)性能和顯著的節(jié)能效果開始被廣泛應(yīng)用于礦井機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行控制中。目前市場(chǎng)上有很多種類和品牌的變頻器，在選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況參考變頻器的綜合性能，優(yōu)選界面友好、控制方式靈活、安裝簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠的類型，有條件的還應(yīng)以大品牌、市場(chǎng)占有率高為選擇標(biāo)準(zhǔn)，以獲得更好的技術(shù)支持，為今后的備件更換、變壓器維護(hù)和改進(jìn)提供便利。

2 變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的具體應(yīng)用

2.1 在采煤機(jī)中的應(yīng)用

采煤設(shè)備具有工作環(huán)境坡度大，設(shè)備停啟頻繁等特點(diǎn)，普通的兩象限變頻調(diào)速常常難以滿足實(shí)際工況的需要，因此應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有采煤設(shè)備的實(shí)際工作狀態(tài)，提升變頻采煤技術(shù)的適用性。目前我國(guó)的電牽引采煤機(jī)行走功率一般最大為2×110kw，而其變頻調(diào)速系統(tǒng)多應(yīng)用“一拖一”的四象限回饋型變壓器。該系統(tǒng)將整流電路由全波整流橋改為智能功率模塊構(gòu)成的可控整流器，即將兩象限變頻器改為四象限變頻器，在發(fā)電狀態(tài)下，原有的逆變電路將與整流電路互換，電機(jī)電量回饋到電網(wǎng)，以達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。以太原礦山機(jī)器集團(tuán)生產(chǎn)的 MGTY300/730—1.1D 電牽引采煤機(jī)為例，開灤集團(tuán)范各莊礦應(yīng)用回饋制動(dòng)的四象限變頻器，在傾角為12°～18°，局部達(dá)到25°～30°的采區(qū)對(duì)大傾角工作面進(jìn)行了較大范圍內(nèi)的制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)，結(jié)果可在牽引速度基本維持不變的基礎(chǔ)上明顯達(dá)到節(jié)能效果，證明變頻器控制靈活、操作方便、速度調(diào)節(jié)可靠。

2.2 在其他機(jī)械動(dòng)力負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用

提升機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等其他機(jī)械動(dòng)力負(fù)荷設(shè)備與采煤設(shè)備一樣，具有生產(chǎn)環(huán)境不確定因素多、條件復(fù)雜、機(jī)電設(shè)備運(yùn)行波動(dòng)大等特點(diǎn)，宜選用四象限回饋型變壓器系統(tǒng)解決其工作效率低下，能源浪費(fèi)巨大的問題。提升機(jī)專用變頻器的品類很多，以國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的風(fēng)光J D—BP32—185P 型變頻器為例，該變頻器附有專用控制軟件，在實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制的同時(shí)具有很高的兼容性能，其完善的輸入輸出接口電路，可幫助操作人員實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，降低工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度。而義煤集團(tuán)通過選用VACON公司與上海申地公司生產(chǎn)的BPJ1—250/660型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻器及控制系統(tǒng)，成功地解決了帶式輸送機(jī)啟動(dòng)電流過大，液力耦合器啟動(dòng)沖擊過強(qiáng)，易損壞減速機(jī)高速軸軸承等問題，將啟動(dòng)電流控制在額定電流的1.5倍以內(nèi)，使電機(jī)的啟動(dòng)、加速都趨于平穩(wěn)，在延長(zhǎng)減速機(jī)、膠帶接頭使用壽命的同時(shí)，還減少了發(fā)熱損耗，具有明顯的節(jié)能作用。在提升機(jī)、運(yùn)輸機(jī)變頻設(shè)備的遠(yuǎn)程控制中，可通過操作臺(tái)選擇不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速，或根據(jù)工況自定義運(yùn)行頻率。一旦變頻器發(fā)生故障，其關(guān)鍵是分析故障原因，找到故障發(fā)生的初始點(diǎn)，因此必須在深入了解變頻器構(gòu)造、原理及運(yùn)行特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，做好變頻器的運(yùn)行記錄工作，為設(shè)備儀器的養(yǎng)護(hù)和檢查提供依據(jù)。

2.3 在流體負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用

風(fēng)機(jī)和泵等流體負(fù)荷設(shè)備通常對(duì)過載能力要求較低，選用普通功能型通用變頻器即可滿足其運(yùn)行要求。為更有針對(duì)性地促進(jìn)礦井風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造工作，目前已有多種為煤礦特殊環(huán)境專門設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速裝置投入使用。在某礦井在風(fēng)機(jī)改造中，將原來JRQ一1510 一10 型高壓繞阻式電機(jī)換為J Sl57—10 型低壓鼠籠式電動(dòng)機(jī)，用一臺(tái)變頻器控制兩臺(tái)電機(jī)。改造后電機(jī)實(shí)際輸出功率為改進(jìn)前前導(dǎo)器半關(guān)閉時(shí)的1／3，風(fēng)量和風(fēng)壓也更加適合礦井特性。在礦區(qū)給水、給液用泵方面，變頻技術(shù)的應(yīng)用也明顯降低了設(shè)備的機(jī)械沖擊，增加了工藝系統(tǒng)控制的靈活性，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的專家利用變頻器和PLC控制器，設(shè)計(jì)了一套煤礦井下排水泵站的監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)中變頻器靈活的控制抽水泵的平滑起停、適時(shí)加、減速，保證了井下液位的恒定，降低了泵空轉(zhuǎn)時(shí)間和頻繁起停帶來的大量能耗，并減少了機(jī)械設(shè)備的相應(yīng)損耗。

3 結(jié)語

我國(guó)礦井基數(shù)大，機(jī)電設(shè)備種類多而復(fù)雜，變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中的應(yīng)用仍有很大的拓展空間。相關(guān)工作者應(yīng)將變頻技術(shù)專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、適應(yīng)度的提高，作為其在煤礦機(jī)電節(jié)能中的發(fā)展方向，深入推進(jìn)煤礦行業(yè)的節(jié)能減排工作。

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