變頻技術(shù)在現(xiàn)代煤礦機(jī)電中的應(yīng)用

楊旭光

摘 要：隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，煤炭工業(yè)在此背景下也迎來了較快較好的發(fā)展。其中變頻技術(shù)憑借其良好的節(jié)能效果和明顯的調(diào)節(jié)性能備受煤礦工業(yè)的青睞，越來越多的煤礦機(jī)電設(shè)備中使用了變頻技術(shù)。從變頻技術(shù)的使用原理、在多種煤礦機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用以及在煤礦機(jī)電設(shè)備中使用這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)該注意的問題等方面進(jìn)行了簡要的闡述與分析，并通過這項(xiàng)研究對未來變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步展望。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；設(shè)備；應(yīng)用；煤礦

隨著國內(nèi)煤炭行業(yè)的不斷發(fā)展，關(guān)于新技術(shù)、新設(shè)備以及新手段不斷朝著節(jié)能、高效、靈活和安全的方向發(fā)展。變頻技術(shù)的應(yīng)用在當(dāng)今煤礦企業(yè)的發(fā)展中占據(jù)了較為重要的位置，文章針對變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行了簡要分析，并對變頻技術(shù)的工作原理、應(yīng)用中所出現(xiàn)的問題進(jìn)行了闡述。

1 變頻技術(shù)的發(fā)展與原理

變頻技術(shù)的誕生不僅在很大程度上改變了我們的生活，與此同時在工業(yè)生產(chǎn)上更是帶來了巨大的便利。最初是因?yàn)檎{(diào)節(jié)電流頻率的需要才促使了變頻技術(shù)的產(chǎn)生，1960年后，電力電子器件大力發(fā)展，從最初的晶閘管到現(xiàn)代的絕緣柵雙極型晶體管控制品閘管，經(jīng)歷了不斷的更新歷程，大大促進(jìn)了變頻技術(shù)的發(fā)展，到了1970后，開始研究（PWM）VVVF調(diào)速，這一研究引起了人們的關(guān)注。而在變頻技術(shù)中PWM模式才是核心，直到20世紀(jì)80年代，相關(guān)專業(yè)人士開始對PWM模式的優(yōu)化進(jìn)行研究，這一研究項(xiàng)目引起了人們更多的關(guān)注進(jìn)而得出了更多的優(yōu)化模式。到了20世紀(jì)80年代中后期，一些發(fā)達(dá)國家將新研究出來的VVVF變頻器投放到了市場，VVVF變頻器憑借其更為優(yōu)異的服務(wù)得到了各廠家的大力推廣。

而變頻技術(shù)的操作原理指的是在電壓不變的前提下，通過改變交流電頻率的方式，來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的自動化控制。其中變頻器是通過利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將頻率無法改變的交流電轉(zhuǎn)換成了可以改變的交流電，從而實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速。

2 變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

2.1 變頻技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用

采煤機(jī)在一定程度上代表了煤礦設(shè)備向現(xiàn)代化、機(jī)械化發(fā)展的里程碑。因此，在煤礦開采中顯得特別重要。由于采礦機(jī)大多是在環(huán)境惡劣的條件下工作的，所以采礦機(jī)是一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)，因此，提高采煤機(jī)的性能便顯得尤其重要。采煤機(jī)在采煤工作中占據(jù)著主力位置，只要一發(fā)生故障就會導(dǎo)致整個采煤環(huán)節(jié)受到嚴(yán)重的影響，使采煤工作難以進(jìn)行下去，對整個煤礦造成不小損失。由于采煤機(jī)的重要位置使得其功能不斷改進(jìn)，變得越來越強(qiáng)大，但是其出現(xiàn)的故障和問題也變得越來越強(qiáng)大，這也增加了維修難度，一旦采煤機(jī)出現(xiàn)問題就會大大降低工作效率。而隨著變頻技術(shù)的產(chǎn)生，將其用在采煤機(jī)中，成就了采煤機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的采煤技術(shù)有了巨大的發(fā)展，變頻器也得到了采煤業(yè)的廣泛應(yīng)用。

煤礦企業(yè)大膽嘗試，勇于創(chuàng)新，將能量回饋型四象限變頻器運(yùn)用到了電牽引采煤機(jī)的工作中，這一舉措不僅將采煤機(jī)的科技含量進(jìn)一步提高，同時還減少了采煤機(jī)的損壞，延長了設(shè)備壽命。

2.2 變頻技術(shù)在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

在礦井不同的生產(chǎn)時期，礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)也不盡相同，甚至還會有巨大的差異。一般在礦井生產(chǎn)中期會重復(fù)不斷更換風(fēng)機(jī)來解決通風(fēng)問題，但這種方式操作起來不僅顯得累贅，并且還經(jīng)常發(fā)生設(shè)備故障，增加了不少多余的維修量。與此同時，原來的風(fēng)機(jī)也會被暫時擱置，這樣會產(chǎn)生資源浪費(fèi)，使設(shè)備的利用率大打折扣。但將變頻技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)機(jī)中就會解決這種困境，重復(fù)的更換任務(wù)也無需再進(jìn)行，操作起來比較方便，不僅提高了設(shè)備性能，使風(fēng)機(jī)資源中的浪費(fèi)現(xiàn)象不斷減少，同時也起到了很好的節(jié)能效果。通風(fēng)問題也輕輕松松地解決了。

2.3 變頻技術(shù)在礦井提升運(yùn)輸設(shè)備上的應(yīng)用

2.3.1 變頻技術(shù)在膠帶輸送機(jī)上的應(yīng)用

作為煤礦煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的主要設(shè)備之一的膠帶運(yùn)輸機(jī)，在以工頻進(jìn)行拖動，液力耦合器進(jìn)行傳動的方式運(yùn)行上一般采用交流電動機(jī)作為動力裝置，但使用交流電動機(jī)會產(chǎn)生傳動效率低、啟動電流大以及機(jī)械沖擊大等問題。同時輸送機(jī)還存在運(yùn)送負(fù)載重、距離長、傾角大的問題，常常發(fā)生帶載或重載啟停的情況，使膠帶斷帶、跑帶等安全生產(chǎn)事故發(fā)生的概率大幅度提升。但是將變頻技術(shù)運(yùn)用到膠帶運(yùn)輸機(jī)之后，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備及系統(tǒng)的軟啟動功能，使設(shè)備及系統(tǒng)平穩(wěn)啟動運(yùn)行。尤其是在變頻控制的軟啟功能之后，徹底消除了之前存在的安全生產(chǎn)隱患，在根本上解決了這個困難。

2.3.2 變頻技術(shù)在礦井提升機(jī)上的應(yīng)用

當(dāng)前，PLC控制系統(tǒng)和高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)是礦井提升機(jī)變頻技術(shù)的主要應(yīng)用。在礦井提升機(jī)高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過對單元串聯(lián)多電平能量回饋型四象限高壓變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用來增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性和抗干擾性，從而使提升全過程中的速度控制、位置控制、保護(hù)功能及動態(tài)畫面監(jiān)視等功能變得更加安全可靠，這一措施大大改善了提升機(jī)啟動、運(yùn)行、加速、減速等運(yùn)行階段的性能，使設(shè)備鋼絲繩的機(jī)械沖擊得到減少，提升系統(tǒng)的安全水平也得到大大提升。除此之外，還使高壓回路與低壓控制回路之間的通訊變得更加便捷。

2.4 變頻技術(shù)在泵中的應(yīng)用

泵以抽送液體為目的，將機(jī)械能裝換為液體能量。水泵不但能夠用來進(jìn)行輸送液體，而且還可以實(shí)現(xiàn)液體增壓，因此在礦區(qū)給液、給水中發(fā)揮著重要作用。在之前的工作運(yùn)轉(zhuǎn)中，泵擁有相對較長的空轉(zhuǎn)時間，在頻繁的起停工作中不僅耗費(fèi)了大量的電能，并且也使相關(guān)的故障經(jīng)常發(fā)生。將變頻技術(shù)運(yùn)用到泵中，可以使設(shè)備運(yùn)行率得到有效提高，設(shè)備發(fā)生故障的情況大量減少，并且還顯現(xiàn)了良好的節(jié)能效果，操作起來也十分容易。由中國礦業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的煤礦井下排水泵站的監(jiān)控系統(tǒng)在水泵性能提高方面具有極好的效果。其原理是把變頻器應(yīng)用到水泵中，水泵的起停減速可以得到有效控制，使井下液位達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，減少了泵的空轉(zhuǎn)時間，起到了顯著的節(jié)能效果。

3 結(jié)束語

當(dāng)前煤炭行業(yè)的規(guī)模隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展而不斷擴(kuò)大，煤礦機(jī)電設(shè)備水平的提高變得更加重要且必要。變頻技術(shù)具有良好的節(jié)能效果和調(diào)節(jié)性能，能為煤礦機(jī)電設(shè)備的發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)，所以將變頻技術(shù)應(yīng)用到煤礦電設(shè)備中不僅是科技發(fā)展的必然結(jié)果，同時也擁有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，在風(fēng)機(jī)、提升機(jī)、空壓機(jī)等設(shè)備中對變頻技術(shù)進(jìn)行了利用。通過這些主要生產(chǎn)系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備對變頻技術(shù)的廣泛應(yīng)用和大力推廣，既改善了設(shè)備運(yùn)行性能，提高了礦井裝備水平，也在保障礦井安全生產(chǎn)和節(jié)能方面取得了顯著的效果，為煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)的目標(biāo)提供了有力的支撐。但是，目前的發(fā)展水平對不斷提升我國煤礦機(jī)電設(shè)備水平的目標(biāo)來說還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此，我們要不斷改進(jìn)變頻技術(shù)的應(yīng)用水平，使其能更好地為煤礦機(jī)電設(shè)備服務(wù)。

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