論變頻技術在煤礦機電設備中的應用

【摘要】目前我國礦山機電設備的使用現狀中，相當廣泛地應用到變頻技術。煤礦機電相應設備使用穩定性和效率的提高，無不有賴于其平緩的機械調節作用以及效果明顯的技能效用。特別是在機械動力負荷設備和流體負荷設備的實際應用中，變頻器的作用非常重要。可以肯定的是，變頻技術在未來的煤礦機電設備領域占據更加重要的位置。

【關鍵詞】機電設備；變頻技術；流體負荷；機械動力負荷

面對著日益緊缺的世界能源儲備現狀，以及不斷發展的電子電力技術，使得變頻技術受到諸多客觀因素的有力推動，引起了全球范圍內的高度關注。在我國，科學發展觀有力地推動了電力、機械、礦山等諸多行業內變頻技術的推廣和普及應用。僅就煤礦企業來說，約有70%-90%的礦井企業用電量均為礦井中各個生產系統的用電。變頻技術的使用和推廣，極大地提高了機械使用效率，節約了能源消耗。

1.變頻技術的發展

伴隨著不斷進步的控制理論和電子電力技術，無論是在實際應用還是在理論領域，變頻技術的發展都是較快的。IGBT、GTR在功率器件領域的更替，最終更深地發展成為智能功率模塊；在控制理論領域內，極大地改進了壓頻比的控制方式，在實際變頻器里越發廣泛地應用到轉矩直接控制盒矢量控制方式，最新的研發方向變為了人工神經網絡控制和模糊自優化控制方式；越來越高的調速系統集成度，使得以單片機為起點，總共產生出了高級專用集成電路、精簡指令集計算機和數字信號處理器；在功能領域，越來越高度綜合化的變頻器，使得基本的調速功能能夠被很好地完成外，增加了通信、參數辨識和內置的可編程序等功能。這些最新最尖端的變頻技術在煤礦企業內的推廣和使用，使得礦業機械設備的工作效率得到了極大地提高。具體而言，沒有使用變頻節能技術之前，風機、水泵等流體機械只有20%-50%的平均運轉效率，對于采掘機、空壓機和礦井提升機等具有較大變化負荷動力的機電設備，在維護保養、制動、加減速和啟動等各方面的浪費極其巨大。變頻節能技術的成功應用，完全解決了這個問題，很明顯地具有優越的調節性能和節能效果。

2.流體負荷設備中的變頻技術

由于泵和風機的負載轉速和轉矩的平方成正比，只有較低的過載能力要求，因此截流成為了一直沿用的調節流速的方式。根據相關統計，2002年國有重點煤礦共有1486臺通風機，其中絕大部分機器的通風效率不足一半。再加上數十個大型的煤礦公司集團，在我國礦用泵、通風機的改進和配備新設備工作中，變頻技術的作用將非常重要和明顯。

2.1 風機變頻調速

我國目前的煤礦新上項目和風機節能改進工作中，越來越多地應用到了變頻器，甚至生產出了專門的變頻調速裝置以適應煤礦作業環境的特殊性。相關資料表明，在楊村礦南風井改造風機工作中，用JS157-10型的低壓鼠籠式電動機取代了以前的JRQ-1510-10型的高壓繞阻式電動機，兩臺電機由一臺變頻器控制。經過改造后的風機實際轉速和電機實際輸出功率，均比原來更加節能，風壓和風量對于礦井的特殊性也更加適合，年節約費用50多萬。最新型的ZJT-30型本安隔爆兼變頻調速智能系統，其散熱方式為IGBT，具有660V的工作電壓，可帶動的局部通風機功率為28kW，具備了實地和遠程控制功能、超溫斷電功能、保護過流短路功能、瓦斯和風電閉鎖功能以及調整載波頻率功能。有效地使巷道礦山掘進的效率得到了提高。

2.2 泵中的變頻調速

變頻調速在給液用泵、礦區給水中的靈活應用，有效地使設備的機械沖擊被降低，能夠更加靈活地控制工藝系統，使產品質量得到了提高。以PLC控制器和變頻器為研究基礎，所研制成的用于監控煤礦井下排水泵站的系統，通過變頻器對抽水泵進行控制，靈活地進行適時加減速和起停平滑，使井下液位的恒定得以確保，對于泵頻繁起停和空轉時所產生的巨大能耗進行了有效地降低，同時也降低了設備機械的損耗。加入了PLC控制器，則能夠更加靈活和智能地控制變頻器，進一步確保了高效安全地生產運行。李莊選煤廠將變頻器安裝在介質泵上，對于重介旋流器的入料壓力的調節，是通過在線水泵轉速的調節來完成，避免了增加因啟動時過大電流帶來的損耗，頻繁的起停車次數得到了減少，防止了變壓器跳電，使產品質量得到提高。經過實踐生產可知，變頻調速技術的成功引用，為該選煤廠年增創收入200多萬元。

3.機械動力負荷設備中的變頻技術

由于煤礦作業具有較多不確定因素、復雜的生產條件以及惡劣環境等特點，很多機電負荷設備所處的工況多是波動頻繁，極大地降低了工作效率，嚴重地損耗了設備，對于安全高效地運行煤礦作業產生了嚴重影響。而變頻技術的運用和發展，將煤礦增效節支帶入了全新的領域。

3.1四象限交流變頻器

由于煤礦作業環境的特殊性，比如采掘設備的坡度較大，使得電鏟、輸送機、提升機等機電設備的起停、調速十分頻繁，因此變頻器的工作必須做到四象限。整流電路在四象限變頻器的作用下，用IPM組成的可控整流橋代替了以前的全波整流橋，在電動狀態下的電機，其四象限變頻器的控制原理和方法完全等同于兩象限變頻器，即整流電路變為四象限變頻器中之前的逆變電路，之前的逆變電路則是之前的整流電路，實現了在電網內回饋電機所產生的電量。

3.2在采煤機中的使用

如今的采煤機調速變頻系統已經用“一拖一”代替了原來的“一拖二”。在世界范圍內，我國的四象限運行回饋能量交流變頻調速采煤技術已屬于領先行列，我國生產制造的采煤機可以實現2臺變頻器之間的轉矩平衡和主從控制以及額定轉速以上恒定功率調速、額定轉速以下恒定轉矩調速。四象限調速變頻器能夠保持基本不變的牽引速度，不會使采煤機出現跑車下滑的情況，同時具有可靠的速度調節、方便的操作、靈活的控制以及簡單的結構等特點。

3.3在電鏟、膠帶輸送機中的使用

由于我國膠帶輸送機目前所使用的是液力耦合器裝置，其下行運輸皮帶在制動、運行和啟動時容易出現電機失控的情況。在使用了四象限變頻器之后，能夠在電網中通過變頻器回饋電機產生的負力，使發熱損耗降低，對于電氣系統和機械系統沖擊的問題給予了有效的解決，使設備的使用期限得以延長。作為將巖石、礦石在露天礦山進行裝載的大型設備，電鏟有著極其惡劣的工作條件，經常會出現堵轉、沖擊載荷過大等情況。使用四象限變頻器之后，能夠快速地進行制動、反轉、減速和加速，避免了上述情況的發生。

4.結束語

針對煤礦機械設備作業條件和環境的特殊性，變頻器的普及推廣使用將會適時有效地解決很多難題。目前在我國的礦山中，具有較大基數的礦山，大量機電設備亟需改造，對變頻器的需求量十分可觀。而且有著種類繁多的大小機電設備，如何能匹配好這些種類的電機設備，將會對變頻器的推廣普及起到非常重要的作用。隨著變頻器在越來越多煤礦機電設備中的應用，我國的煤礦行業也必將得到更加快速地發展。

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