節能減排背景下的煤礦機電變頻技術探究

李文忠

摘 要：變頻節能技術以其明顯的節能優勢和良好的調節性能，在現今世界能源緊缺的和環境污染嚴峻的形勢下引起了各國的高度關注。隨著電子技術的發展，變頻技術日益成熟，變頻節能技術在我國煤礦機電設備中的應用也日趨廣泛，技術水平隨著企業需求的加大不斷提高。基于此，本文以節能減排為背景，對煤礦機電變頻技術的應用進行探討。

關鍵詞：變頻技術 煤礦生產 節能

中圖分類號：TD679 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0153-01

在煤礦行業中，井下機電設備對電能的需求量十分巨大。由于井下機電的負荷功率較大，機電設備在啟動、加速、減速、停機過程中對電能的消耗十分嚴重，耗電量約占總耗電量的四成之多，設備在制動維護的過程中，產生的械沖擊還會對機器造成不同程度的傷害。將變頻技術應用于煤礦行業，便能發揮出其獨特的作用，不僅能夠減少能量的消耗，還可以加強設備運行的平衡性，減少由于機械沖擊而產生的磨損，有效的延長了設備的運行壽命。

1 變頻技術基本原理

變頻控制技術，簡單來說就是將電子技術與微機技術進行綜合，實強弱電綜合、機電一體化的技術。它的實質是利用電力半導體器件的通斷作用，實現工頻電源轉換為另一頻率電源的過程。這個過程的實現需要依靠整流橋把工頻電源轉化為直流電源，然后再通過把逆變器轉換為頻率、電壓可以調節的驅動電源，以保障電機能在合適的電壓和電流的情況下實現無極調速。該技術以其高效、無附加轉差損耗的優勢在目前能源問題嚴峻的情況下引起了各國的高度關注。

2 煤礦生產中變頻技術的應用

2.1 變頻技術在提升機中的應用

礦井提升機作為煤礦生產中輸送物料、人員的重要設備，是煤礦生產的重要設備之一。變頻技術在礦井提升機中的應用打破了傳統技術中對電阻帶動電機控制，然后與控制器結合這種調速方式的依賴，相對于電阻消耗大、不易于控制、電阻調速范圍較小和存在嚴重散熱問題的傳統模式，變頻提升機不僅有效降低了電阻的能量損耗，加大了電阻調速范圍，而且有效提升了設備的安全性和系統性，能夠實現平滑的無極加速或減速操作。對其在應用方面的優點進行歸納，主要有以下幾點：（1）在保障設備能進行平滑，無極加速、減速工作過程中，使系統的性能、保護性得到了提高。（2）以較少的外部線路實現了對繼電器的控制，彌補了空間不足的情況，減少了故障發生的頻率，提高了使用性能。（3）采用了變換指令的方式來控制電控系統中繼電器的邏輯關系，然后與編程器相結合，實現了梯形圖與電路圖間的有效轉換。（4）通過觸摸顯示器和編程器對電器，機械進行故障排查，簡化了處理系統故障時的流程。

2.2 變頻技術在通風設備中的應用

通風機在煤礦生產中扮演著“呼吸”系統的角色，其關鍵地位不言而喻。與傳統生產相比，由于現代煤礦生產巷道延長、開采延伸，對井下風壓的要求不斷增加，這也需要更大功率的風機來維持風量上的平衡。隨著變頻技術在通風機中的應用，改變了設備長時間處于滿負荷狀態的情況，同時，在通風機調速方面，利用變頻技術還能實現根據巷道風向要求進行調節，節約了能源。在此狀態下，設備都是在較低的機械沖擊下運行，減弱了電氣沖擊和機械磨損對設備的損耗，使設備的使用壽命得以延長。由于兩臺電機在工作時的轉速不同，會產生一定的風阻，因此，在設備使用時，我們應注意協調電機的運行頻率，使其基本保持一致。

2.3 變頻技術在水泵中的應用

水泵是通過電機的帶動，將電能轉換為機械能并把井下水輸送到地面的一種設備，在礦井中的應用較多。由于傳統的全頻、工頻供電方式不能滿足水泵井底的惡劣工作的環境，容易造成設備故障頻發，增大了運行成本。一方面，水泵的工頻啟動電流會引起電機電纜壓降發生較大改變，造成較高的反壓啟動過程和降低啟動過程，使得水泵的使用壽命在頻繁的開機過程中大大降低。另一方面，電機負載較低的情況在水泵正常工作過程中并不少見，會造成水泵的功率因數降低，耗電量增多等一系列嚴重問題。要想有效降低系統的電損就需要改變電動機轉速和降低水流量。

2.4 變頻技術在采煤機中的應用

受采煤設備工作環境的限制，普通的兩象限變頻調速在大坡度的工作環境中不能滿足經常開關機的需求，基于此，應以煤礦企業的實際情況為出發點，對變頻技術在煤礦企業的適用性進行改進。我國傳統的采煤機最大行走功率為220 kW，四象限交流變頻技術的出現實現了在不改變牽引采煤機牽引速度的情況下提高節能效果的目標。該技術是在原有兩象限變頻技術上發展起來的，簡單來說是在發電狀態下利用在整流電路模塊用可控整流器代替全波整流橋，來實現逆變電路與整流電路之間的轉換，再通過由電量回饋到電網的方式，達到調節目的。

3 變頻技術在煤礦機電設備的應用發展

現今，隨著科技的發展，煤礦機電設備的種類日益增多，但是要想將其進行廣泛的推廣就需要解決好變頻器和設備之間匹配的問題。此外，變頻關鍵器件晶閘管的制造工藝，是限制變頻技術專業水平和需求空間提高的主要因素。在礦山工作中，機電設備的節能問題尤為突出。一般情況下，井下工作環境惡劣，散熱和防爆兩大問題在無法同時解決，在此情況下，配置有特殊功能的專業變頻設備問題便迎刃而解。隨著煤礦企業網絡化程度的得升，以及功能上的增強，變頻技術的發展前景更為廣闊。這就要求煤礦應順應電子技術的高速發展，加大變頻器的使用范圍和使用頻率，對變頻技術進行不懈改進，將變頻器控制作為煤礦企業網絡化管理的重中之重。當前，煤礦企業節能減排已刻不容緩，節能改造中變頻器的需求必然加大，變頻技術借此契機必將在煤礦企業得到廣泛發展。

4 結論

總之，變頻控制技術的應用能夠很好的解決煤礦生產過程中設備能源浪費的問題，減少水泵、風機等產生的電能損耗，并且能夠有效提高煤礦企業經濟效益，改善裝備水平。同時，對煤礦生產安全性的提升，減少事故發生的可能性，以及安全生產保障能力的提高都起到了重要作用。總之，在煤炭生產行業中，變頻技術有著廣泛的應用前景。

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