煤礦機電設備中變頻技術的應用

張 一，仝瑞靈，陳 磊

山東能源棗莊礦業集團蔣莊煤礦，山東滕州 277519

煤礦機電設備中變頻技術的應用

張 一，仝瑞靈，陳 磊

山東能源棗莊礦業集團蔣莊煤礦，山東滕州 277519

隨著煤炭企業建設水平的提高，變頻技術憑借其良好的節能效果等優點在煤礦機電設備中得到越來越廣泛的應用。文章首先闡述了變頻節能技術的基本原理及應用現狀，繼而探討了其實際應用，詳細分析了掘進機、提升機、皮帶輸送機、通風機四類主要耗電煤礦機電設備中變頻技術的應用情況，指出了應用變頻技術的必要性。

變頻技術；煤礦機電設備；應用

我國是煤炭生產大國，煤炭企業在我國經濟中占有重要的地位，隨著經濟發展、人們生活質量的提高以及煤炭資源數量的減少，煤炭企業的競爭越來越激烈。為了尋求有力的競爭優勢，降低能耗、提高運作效率，響應低碳環保號召，在煤礦機電設備中引用變頻節能技術成為越來越多煤炭企業的選擇。因而探索變頻技術在煤礦機電設備中的應用情況具有重要的現實意義。

1 變頻調速技術的優點

1）具有良好的調速功能，可靠性，高效率，高功率因數。這些都是其他裝置所不具有的。在一定時間內，變頻調速器的原理就是根據其內的矢量控制模式，與電機的靜、動態實際參數和電機的實際負荷相結合，以在動電流小于額定電流的前提下，用矢量方式來加大其啟動力矩，使得電機的頻率逐漸增大，由零增加到正常頻率，最后對其進行控制。對電機的控制主要是根據電機負荷的變化和實際工藝參數的變化，相應調整電機的轉速，以此來達到電機運行的穩定性。這樣處理，降低了電機的損耗，還能夠使得調速系統自動補償，電機的無功功率提高了電力網絡系統的功率因素，減少了無功損耗，使效率提高。

2）具有測控方便，保護齊全，開環閉環都可以自動制動的特點，是實現自動化的最重要性能。

3）具有節約電能，改善工藝流程，最終提高產品質量的性能，使得電機所需要的物料的流量、壓力，能達到最佳參數。這樣，不僅減少不必要的浪費，而且調速過程本身消耗很小，無噪聲。與傳統調速的相比，省去了穩定速度設備和反饋控制設備。

2 變頻技術的概況

2.1 變頻技術的應用現狀

機電設備作為煤礦井下作業中最主要的耗電設備，在追求“低耗能高產出”的煤炭企業中是最大的障礙，而變頻技術有著良好的節能優勢，因而被越來越多的應用到煤礦機電設備中。在我國的煤礦機電設備中，變頻技術成為重要的節能手段，它能夠有效改善機電設備的工作狀態，提高運作效率，眾多煤炭企業在應用變頻技術的同時又不斷尋求新突破，變頻技術將在煤礦機電設備中有著廣闊的應用前景。

2.2 變頻技術的基本原理

變頻技術簡單來說就是改變交流電的輸出頻率，實現對設備自動控制，降低電能損耗。變頻技術中起主導作用的就是變頻器，變頻器的工作電路由整流部分、直流環節部分、逆變部分、控制部分四部分組成，其工作原理就是將工頻交流電源通過整流部分轉化為直流電源，然后在直流環節部分濾波、直流儲能的作用下，再通過逆變器、控制器輸出頻率可控制的交流電，最后供給電動機。目前，隨著變頻技術的逐步優化，功率器件更加智能化、變頻速度更加迅速化、控制更加自由化是變頻技術在煤礦機電設備應用中追求的新目標，以更好地發揮變頻技術的作用，降低機電設備的耗能、提高運作效率。

3 煤礦機電設備中變頻技術的應用

隨著經濟的發展以及人們意識的提高，變頻節能技術逐步進入我國煤礦機電設備領域中。變頻技術憑借其良好的集成系統、智能化模塊、高效的運行效率以及顯著的節能效果等優點，在礦井掘進機、提升機、皮帶輸送機、通風機等機電設備中得到了越來越廣泛的應用。

3.1 變頻技術在掘進機中的應用

掘進機是礦井作業掘進技術中最關鍵的設備，同時也是耗能最大的設備，掘進機的工作性能好壞直接影響井下掘進速度，掘進機的耗能與產出直接關系到煤礦的生產效益，因而將變頻節能技術應用到掘進機中來，具有重要的現實意義。目前，國內煤礦企業中，已經有越來越多的礦井作業將變頻技術引入到掘進機中。掘進機工作過程中會遇到煤巖、礦物層、斷面層等復雜地質形貌，面對不同的地質環境，掘進機的工作狀態也各不相同，此時，應用變頻技術就可實現對切割機自動化控制，使切割機根據切割部件調節輸出電流實現軟驅動，根據實際礦物層軟硬程度對掘進機的齒輪旋轉速度進行變速調節，根據實際工況對對掘進機的行進方向與速度進行自動調節保證平穩進行，彌補了傳統工藝上采掘工作費力費電且效率低的不足。

3.2 變頻技術在提升機中的應用

提升機在礦井作業中主要是負責人員、物料的上下提升，它的停機與啟動繁多、上下反復操作，會產生較大電阻、產生較多熱量，耗能較多。傳統的提升設備中，雖然在電動機轉子電路內接入金屬電阻可調速，但是提升量不足、提升次數過多的情況下，存在很大的安全隱患，且電力浪費嚴重。通過引入變頻技術，選用四象限變頻調速系統，實現提升機控制系統中各路元件的連貫性，針對每次的提升荷載情況調節電機轉速，減小電阻，來提高提升機的工作效益。尤其是新研究出的風光提升機變頻器等提升機專用變頻設備，更是簡化了操作流程，提高了控制精度，減小了電力的損耗。

3.3 變頻技術在皮帶輸送機中的應用

皮帶輸送機在輸送礦料時，需要充分大的電壓啟動電機來帶動皮帶的轉動，皮帶轉動過程中摩擦阻力是主動力，因而會產生大量的熱量，甚至有時候皮帶輸送機無載時仍處于運轉狀態，這無疑都會加快皮帶的老化，影響運輸效率。在皮帶輸送機中引用變頻技術，主要就是根據皮帶輸送機輸送貨物的多少對頻率做出相應的改變，達到自動調節控制的目的，同時對設備力矩進行優化調整，來降低啟動電機時的大電流沖擊，減少設備熱量的釋放，使皮帶運輸機節能高效地運行。

3.4 變頻技術在通風機中的應用

變頻技術在通風機中的應用也是越來越多，通過變頻調速，可保證通風機在井下保持最適宜的通風狀態，根據礦井通風量的實際需求，控制風機的開機臺數、通風方向及通風頻率，實現通風量的最大利用率。特別是隨著煤炭需求量的增加，礦井開挖的越來越深，通風機更應該保證其良好的工作性能，做好控制工作，減少能耗及機身損耗，在這樣的背景下，變頻技術可以提供最有效的技術保障。

4 結論

隨著經濟的發展、煤炭企業競爭壓力的加大，提高煤礦機電設備的運作狀態變得越來越重要。通過變頻節能技術在掘進機、提升機、皮帶輸送機、通風機四類主要耗電煤礦機電設備中的應用分析可以發現，掌握變頻技術的技術原理、推廣變頻技術在煤礦機電設備的應用是時代所需，對于煤炭企業發展有著重要作用。

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TD6

A

1674-6708（2015）148-0097-01

張一，本科，助理工程師，山東能源棗莊礦業集團蔣莊煤礦皮帶工區技術主管，研究方向：煤礦機電設備管理