探析煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

摘要：近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，許多新技術(shù)也逐漸出現(xiàn)在大眾視線中。變頻技術(shù)指改變供電頻率、調(diào)節(jié)負(fù)載，進(jìn)而起到降低功耗、減少損耗以及延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命作用。此技術(shù)在煤炭開采設(shè)備中的應(yīng)用也相對(duì)廣泛，提高了煤礦機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化程度和使用效率，最重要的可以幫助煤炭企業(yè)實(shí)現(xiàn)增值和節(jié)能的目的。本文則主要以變頻技術(shù)原理及發(fā)展為切入點(diǎn)，重點(diǎn)分析此技術(shù)在煤礦機(jī)械動(dòng)力負(fù)荷設(shè)備和流體負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)電；變頻技術(shù)；應(yīng)用

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也相應(yīng)的刺激的煤炭市場(chǎng)的擴(kuò)展，然而可利用煤炭資源隨著各地煤礦資源的不斷開采和各企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)日漸激烈，資源短缺矛盾也逐漸凸顯。目前減少機(jī)械設(shè)備的污染排放程度和節(jié)能效率是重點(diǎn)研究的課題之一，變頻技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)礦井提升機(jī)、采掘機(jī)、空壓機(jī)等負(fù)荷變化較大的機(jī)電設(shè)備都起著明顯的調(diào)節(jié)性能和節(jié)能效果，對(duì)促進(jìn)煤礦生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展步伐都起著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、變頻技術(shù)相關(guān)概述

（一）技術(shù)原理。變頻技術(shù)是一門結(jié)合機(jī)械設(shè)備和強(qiáng)弱電的綜合性技術(shù)，其中還包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)等。工頻流信號(hào)通過半導(dǎo)體元件轉(zhuǎn)換成其他頻率后再轉(zhuǎn)換成直電流，調(diào)節(jié)控制對(duì)電流與電壓依靠的逆變器，使設(shè)備達(dá)到無極調(diào)速。有時(shí)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的有效合理控制，則利用電流頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的同比增長(zhǎng)關(guān)系改變電流頻率，進(jìn)而起到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速作用。此外，還能通過變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備電機(jī)平穩(wěn)和自動(dòng)加減速控制的性能，對(duì)提高電機(jī)的工作效率都起著重要的促進(jìn)作用。

（二）技術(shù)發(fā)展。變頻技術(shù)在機(jī)電設(shè)備使用過程中可以通過設(shè)備負(fù)載情況實(shí)現(xiàn)自身功能變化，有效提高機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外針對(duì)變頻技術(shù)的使用原理也取得了許多成果，然而在具體發(fā)展方面有以下幾點(diǎn)：1）煤礦機(jī)電設(shè)備的調(diào)速系統(tǒng)集成化程度逐漸提高，高級(jí)集成電路和精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)取代了傳統(tǒng)的單片機(jī)，有效提高調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行效率。2）經(jīng)大幅度的技術(shù)改造后，壓頻比控制方式中的轉(zhuǎn)矩和矢量控制在變頻器中的應(yīng)用也越來越普遍。3）隨著變頻器的綜合化程度和自動(dòng)化的提升，機(jī)電設(shè)備功能也相應(yīng)的有所改變，從以往的基本調(diào)速功能擴(kuò)展至能自主設(shè)置參數(shù)識(shí)別和通信等功能。

二、變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的實(shí)踐應(yīng)用

（一）機(jī)械動(dòng)力負(fù)荷設(shè)備

1、采煤機(jī)。變頻技術(shù)的日漸成熟已經(jīng)完全能滿足采煤機(jī)中電牽引的要求，電機(jī)尺寸會(huì)限制直流電牽引，所以，其功率不可能過大。交流電機(jī)功率在同樣外形尺寸下可以做得更大，有利于電牽引采煤機(jī)的發(fā)展逐漸高可靠性和大功率靠攏。一般交流電牽引采煤機(jī)的變頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不止一種，其中交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)因具有壽命長(zhǎng)、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，成為應(yīng)用最廣泛的一種。其牽引部供電方式主要依靠牽引變壓器，將三相工頻交流電變成幅值基本恒定的直流電，或?qū)⒏邏鹤兂伤璧慕涣麟妷海蠼?jīng)大功率晶體管變成可變頻率和可變電壓的交流電，實(shí)現(xiàn)牽引電機(jī)的無極調(diào)速。變頻技術(shù)同時(shí)還具相應(yīng)的保護(hù)功能，如控制電源異常，CPU控制電路異常，熔斷絲切斷，過熱，過電流，過負(fù)荷，失速，欠壓，控制電源異常等。一旦變頻技術(shù)開啟保護(hù)功能，變頻器則會(huì)立即停止工作，其故障狀態(tài)通過數(shù)碼管顯示，可以通過數(shù)字面板設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在額定轉(zhuǎn)速下采煤機(jī)依舊可以恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

2、提升機(jī)。礦井提升機(jī)是用一定的裝備沿井筒運(yùn)出廢石、礦石、材料、設(shè)備等運(yùn)輸環(huán)節(jié)，是地下礦山運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備。由于礦井系統(tǒng)具有運(yùn)行速度快、控制復(fù)雜、慣性質(zhì)量大等特點(diǎn)，會(huì)經(jīng)常交替轉(zhuǎn)換工作狀況無論哪種提升機(jī)都對(duì)電氣轉(zhuǎn)動(dòng)有極高的要求，如果電氣傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性較低，會(huì)影響到礦山生產(chǎn)效率和正常運(yùn)行。目前，我國(guó)地下礦山礦井提升機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)主要采用直流傳動(dòng)系統(tǒng)，但存在著直流電動(dòng)機(jī)固有的維修工作量較高、效率不高等缺點(diǎn)。如果提升機(jī)沒有按照預(yù)定的速度曲線運(yùn)行，失去控制，不可避免的會(huì)發(fā)生過卷和提升機(jī)超速事故，威脅礦井工作人員生命安全。一些中小型提升機(jī)則多采用交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，然而這種電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速性能差、效率低等缺點(diǎn)，如果在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻上消耗大量電能，會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。將變頻技術(shù)應(yīng)用礦井提升機(jī)是今后提升機(jī)發(fā)展的新動(dòng)向，變頻技術(shù)在提升機(jī)的應(yīng)用主要以高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)為主，前者通常采用單元串聯(lián)多電平的四象限高壓變頻控制系統(tǒng)，不僅可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力和安全性，最主要是有利于提高高壓主電路和低壓控制電路之間的通訊能力。后者系統(tǒng)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)PLC控制，絞車系統(tǒng)的保護(hù)功能與電磁兼容性的基本技術(shù)要求相符，強(qiáng)化了提升全過程的位置控制、速度控制及對(duì)動(dòng)態(tài)畫面的監(jiān)視。

3、井下傳送帶。礦井井下煤炭運(yùn)輸?shù)闹髁閹竭\(yùn)輸機(jī)，其基本功能是在相距較遠(yuǎn)的工作點(diǎn)之間輸送物料，使驅(qū)動(dòng)裝置和物料運(yùn)載裝置分離，避免撒料、皮帶打滑或跑偏，保證煤炭在傳輸帶上連續(xù)運(yùn)輸。在井下傳送帶中應(yīng)用變頻技術(shù)能有效實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)，還可增加設(shè)備在啟動(dòng)和運(yùn)行過程中穩(wěn)定性，變頻技術(shù)的應(yīng)用還能提升能量的利用率，在設(shè)備運(yùn)行的整個(gè)過程中能源利用率能夠達(dá)到90%以上，對(duì)降低能源消耗起著積極的促進(jìn)作用。此外，若將變頻器安裝在傳送帶上就可以及時(shí)將電機(jī)產(chǎn)生的多余負(fù)力輸送至電網(wǎng)中，通過此方式減少傳送帶上的熱力損耗。

（二）流體負(fù)荷設(shè)備

1、煤礦通風(fēng)機(jī)。煤礦通風(fēng)機(jī)器主要包括主風(fēng)機(jī)和局部通風(fēng)機(jī)，主風(fēng)機(jī)一般安裝在地面，多為抽出式，會(huì)有會(huì)風(fēng)井和井風(fēng)井，并會(huì)在井下形成全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)。局部通風(fēng)機(jī)安裝在井下，多為壓入式，主要用于巷道掘進(jìn)中。煤礦通風(fēng)機(jī)的作用主要用于稀釋及排出井下有害氣體，為井下提供新鮮風(fēng)流，并起到降溫作用。隨著不斷延伸的開采和掘進(jìn)工作，盡管風(fēng)量不變，然而井下所需的風(fēng)壓要求卻不斷增加，隨之增加就是風(fēng)機(jī)所需用功率。在應(yīng)用變頻技術(shù)后，可根據(jù)巷道的風(fēng)量需求對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，尤其變頻節(jié)能運(yùn)行能節(jié)約大量能源，改變風(fēng)機(jī)以往的滿負(fù)荷工作狀態(tài)。一些風(fēng)機(jī)經(jīng)變頻器改造后，所實(shí)現(xiàn)的變頻軟起動(dòng)不僅不會(huì)沖擊電網(wǎng)，還可隨時(shí)停止。

2、水泵。水流量在煤炭生產(chǎn)過程中是根據(jù)實(shí)際開采需要運(yùn)行的，通常會(huì)處于一個(gè)變工況的運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)通過機(jī)械對(duì)閥門的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)入實(shí)現(xiàn)水泵。在長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)中，水泵的效率會(huì)不斷降低，壽命也不如設(shè)備初期。將變頻技術(shù)應(yīng)用于水泵設(shè)備中主要依靠PLC控制器和變頻器，PCL控制器的加入會(huì)使變頻器更加靈活和智能，保證生產(chǎn)的安全高效運(yùn)行。變頻器能靈活的控制抽水泵的平滑起停，降低了泵空轉(zhuǎn)時(shí)間和頻繁起停所帶來的大量消耗，保證井下液位恒定的同時(shí)降低機(jī)械設(shè)備的損耗。

三、結(jié)語(yǔ)

總之，變頻技術(shù)在當(dāng)前煤礦機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用越來越廣泛，它不僅有效降低了機(jī)電設(shè)備的磨損，還很好的控制了機(jī)電設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，許多機(jī)電設(shè)備在生產(chǎn)中出現(xiàn)的操作問題都可通過變頻技術(shù)解決，提高了設(shè)備運(yùn)行性能。此外，變頻技術(shù)在未來發(fā)展應(yīng)不斷加強(qiáng)其專業(yè)化，配置特殊功能的專業(yè)變頻器，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化變頻器控制，促進(jìn)此技術(shù)發(fā)揮出更佳的作用，為煤炭企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。

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