變頻技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用研究

曹 爭(zhēng)

（內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024076）

1 變頻技術(shù)的含義及現(xiàn)狀

變頻技術(shù)最為根本的特征就是能夠改變交流電源的頻率，在具體的應(yīng)用中，變頻技術(shù)可以有效地使三相異步電動(dòng)機(jī)電源的頻率得到調(diào)整，而這一調(diào)整使轉(zhuǎn)速得到了有效的控制，隨著電動(dòng)機(jī)的不斷運(yùn)行，其他機(jī)電設(shè)備也會(huì)在此技術(shù)控制下保持穩(wěn)定、可靠的機(jī)械運(yùn)動(dòng)[1]。

近年來(lái)，隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)等的快速發(fā)展，再加上微處理器功能的逐步提升和性能優(yōu)化，變頻技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)展階段。傳統(tǒng)的電氣設(shè)備下，所使用的交流電頻率難以被改變，而現(xiàn)代化的電器設(shè)備下，變頻技術(shù)的應(yīng)用能夠有效實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制，最大程度上提高電氣設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性。

1.1 控制策略的發(fā)展

變頻控制技術(shù)在不斷的發(fā)展過(guò)程中，逐步經(jīng)由恒壓頻比轉(zhuǎn)變?yōu)槭噶靠刂疲刂颇Ｊ接兴淖兒吞嵘?。矢量控制策略下，異步電?dòng)機(jī)的定子電流空間矢量被分解為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，控制的可靠性和精確性都有所提升。

1.2 數(shù)字處理單元的應(yīng)用

變頻技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，數(shù)字處理單元的使用使控制器具有了更為強(qiáng)大的信息處理能力。在變頻技術(shù)出現(xiàn)的最初階段，信息處理是由單片機(jī)來(lái)完成的，而在當(dāng)前的發(fā)展條件下，數(shù)字信號(hào)處理器作為變頻技術(shù)中的關(guān)鍵要素，不僅可以快速進(jìn)行信息的分類和整合，還能夠最快分析和處理數(shù)據(jù)[2]。在信息時(shí)代，高級(jí)專用集成電路大大提升了信息處理的速度和水平，變頻技術(shù)在電氣設(shè)備中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用，實(shí)現(xiàn)了以微處理器為核心的數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用。

2 變頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 調(diào)速

常規(guī)的三相異步電動(dòng)機(jī)在使用時(shí)，如果在其中添加變頻裝置，就能夠在相對(duì)寬松的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的有效控制，使得該電動(dòng)機(jī)具備基本的調(diào)速功能。

在礦山生產(chǎn)領(lǐng)域，一些提升機(jī)在使用的過(guò)程中依舊沿用的是轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方式，這一調(diào)速方式的調(diào)速范圍十分有限，且調(diào)速的精度與安全性都難以保障。在變頻技術(shù)應(yīng)用后，變頻調(diào)速功能得以實(shí)現(xiàn)，有效改變了傳統(tǒng)調(diào)速方式的限制。

2.2 節(jié)能

提升機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式下的調(diào)速性能相對(duì)較差，在調(diào)速的過(guò)程中可能會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的相關(guān)零部件造成一定的損壞，且在設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，電阻的存在可能會(huì)造成大量能源消耗，使得設(shè)備的整體運(yùn)行效率偏低。而變頻調(diào)速技術(shù)下，無(wú)論是與傳統(tǒng)的電磁調(diào)速相比，還是跟轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的方式相比，其節(jié)能效果都非常好，變頻調(diào)速技術(shù)下的電能浪費(fèi)現(xiàn)象大大減少[3]。

在礦山生產(chǎn)領(lǐng)域，在風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，流量控制都是非常關(guān)鍵的，最為常用的方式是通過(guò)控制閥門開度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的精準(zhǔn)控制，這一控制方式的安全性和經(jīng)濟(jì)性都相對(duì)較差，而變頻控制下不僅具有自動(dòng)化控制的特征，還能夠大大節(jié)約能源資源。

3 變頻節(jié)能技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

3.1 在礦山提升機(jī)上的應(yīng)用

在礦山生產(chǎn)領(lǐng)域，提升機(jī)是不可或缺的機(jī)電設(shè)備。在具體的應(yīng)用過(guò)程中，提升機(jī)在礦山生產(chǎn)中的作用是實(shí)現(xiàn)提升運(yùn)輸，比如，可以將人員或設(shè)備、材料在地面與礦井下進(jìn)行運(yùn)輸。從礦山生產(chǎn)的整體情況來(lái)看，提升機(jī)能否保持安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，將會(huì)與礦山生產(chǎn)效率和安全息息相關(guān)。在傳統(tǒng)的提升機(jī)設(shè)計(jì)里，電阻器直接與電機(jī)轉(zhuǎn)子電路相連接，使得在調(diào)速控制的過(guò)程中，主要是借助于接觸器與鼓控制器來(lái)直接切斷電阻器，雖然可以在一定程度上滿足調(diào)速控制的需求，但由于是反復(fù)對(duì)電阻器的切斷處理，極易引起電阻器故障，難以達(dá)到設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行需求，在此種調(diào)速控制方式下，接觸器和電阻的反復(fù)接觸也會(huì)產(chǎn)生大量熱量，難以保障設(shè)備良好的散熱效果[4]。此外，電阻調(diào)速方式下，由于存在設(shè)計(jì)的局限性，使得提升機(jī)的調(diào)速范圍十分有限，調(diào)速的精度與穩(wěn)定性方面都存在著一定的缺陷，尤其是當(dāng)設(shè)備處于減速或者分散運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，強(qiáng)制減速需通過(guò)制定電流的科學(xué)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，這一方式下，設(shè)備的運(yùn)行壽命難以保障，且電能消耗非常大。

如果在提升機(jī)中使用的是變頻控制技術(shù)，就可以有效避免傳統(tǒng)調(diào)速方式下的各種問(wèn)題，在變頻技術(shù)應(yīng)用后，完全可以滿足無(wú)極調(diào)速的要求，調(diào)速的范圍更廣，動(dòng)力輸出更具穩(wěn)定性，也就可以使提升機(jī)的運(yùn)行更為安全、穩(wěn)定與可靠。與傳統(tǒng)的調(diào)速方式、制動(dòng)模式不同，變頻技術(shù)下的電氣制動(dòng)控制，可以避免對(duì)設(shè)備零部件所造成損壞，使設(shè)備維持最佳運(yùn)行狀態(tài)?？傮w上來(lái)看，變頻技術(shù)下的提升機(jī)精度控制更為便捷與精確。

3.2 在井下通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

在井工礦生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，常常會(huì)面臨復(fù)雜的生產(chǎn)條件，伴隨著各種生產(chǎn)作業(yè)的進(jìn)行，在礦井中會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，再加上礦井內(nèi)部屬于封閉性，如果不能保證良好的通風(fēng)條件，可能會(huì)給整個(gè)礦山的安全生產(chǎn)帶來(lái)不利影響，甚至?xí)斐蓢?yán)重的生產(chǎn)事故。因此，在井下通風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)是其中的關(guān)鍵設(shè)備，由于礦井內(nèi)的空間相對(duì)較大，如果要滿足通風(fēng)需求，需配備大功率風(fēng)機(jī)，如果頻繁啟停該大功率風(fēng)機(jī)，會(huì)給風(fēng)機(jī)壽命造成嚴(yán)重的影響，且在啟停過(guò)程中能源消耗將非常嚴(yán)重。因此，在當(dāng)前礦山行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的過(guò)程中，風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造將是重點(diǎn)。礦井作業(yè)中，風(fēng)機(jī)處于高強(qiáng)度、高負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)下，如果要始終維持其最為理想的運(yùn)行狀態(tài)，就需要對(duì)風(fēng)機(jī)功能加以有效調(diào)節(jié)與控制，通過(guò)這一方式來(lái)保障風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，最大程度上保障風(fēng)機(jī)在礦井作業(yè)中的作用[5]。變頻控制在井下通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，有效提升了風(fēng)機(jī)運(yùn)行的效率，能夠降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的能耗，調(diào)整風(fēng)機(jī)在不同情況下的轉(zhuǎn)速。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，要在原有的通風(fēng)系統(tǒng)中添加變頻控制裝置，盡可能使得風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)連續(xù)、平滑的調(diào)節(jié)控制，使得滿足各種風(fēng)力需求。因此，變頻技術(shù)在通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以有效節(jié)約倒換風(fēng)機(jī)的時(shí)間與費(fèi)用，還可以使得風(fēng)量供應(yīng)更為靈活與便捷，保持通風(fēng)系統(tǒng)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 在通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

近年來(lái)，隨著各個(gè)礦井深度的逐步增大，在礦井作業(yè)過(guò)程中，風(fēng)壓井的數(shù)量也逐年增加，如果要完全滿足生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需求，現(xiàn)場(chǎng)就需要配備更高功率的風(fēng)機(jī)，以充分保障礦井內(nèi)風(fēng)壓。

一般情況下，如果貿(mào)然增加風(fēng)機(jī)的功率，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致礦井生產(chǎn)中由于風(fēng)機(jī)功率增大所引起的能耗，同時(shí)風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定性也難以維持。而變頻技術(shù)是一種十分有效的技術(shù)，其在具體的應(yīng)用過(guò)程中，即使風(fēng)機(jī)的功率不發(fā)生變化，也可以保證風(fēng)力輸送的高效率，因此，變頻技術(shù)成為了礦井現(xiàn)代化生產(chǎn)中的重要技術(shù)之一，在通風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，變頻裝置完全可以根據(jù)礦井中的風(fēng)量需求，來(lái)靈活調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，滿足生產(chǎn)需求。此外，如果礦山企業(yè)可以對(duì)設(shè)備逆變器的適當(dāng)改造，就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備軟啟動(dòng)，在啟動(dòng)的同時(shí)電流也得到有效控制，避免啟動(dòng)時(shí)電流過(guò)大對(duì)設(shè)備造成損壞。

3.4 在皮帶機(jī)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，皮帶機(jī)同樣是礦山生產(chǎn)中的重要機(jī)電設(shè)備，為滿足生產(chǎn)需求，皮帶機(jī)的功率往往非常大，通過(guò)繞線電機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)和工頻運(yùn)行，最后經(jīng)由液力耦合器來(lái)最終轉(zhuǎn)換于皮帶機(jī)中。皮帶機(jī)在運(yùn)行時(shí)，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)是關(guān)鍵，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中存在著一定的摩擦力，有效帶動(dòng)了張力變形，進(jìn)而使得皮帶在滾軸上可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。礦山皮帶機(jī)在傳統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，多以減壓空載啟動(dòng)、轉(zhuǎn)子串接電阻的方式來(lái)進(jìn)行控制，在啟動(dòng)的過(guò)程中伴隨著極大的啟動(dòng)電流，對(duì)電機(jī)內(nèi)部存在著較大的沖擊力，長(zhǎng)時(shí)間的這種情況使得皮帶在短時(shí)間內(nèi)極易出現(xiàn)嚴(yán)重的老化與斷裂，不能維持最佳運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，礦山行業(yè)可持續(xù)、現(xiàn)代化發(fā)展的趨向明顯，在這一發(fā)展趨勢(shì)下，節(jié)能改造是重點(diǎn)，各個(gè)礦山企業(yè)需結(jié)合其生產(chǎn)時(shí)所使用的機(jī)電設(shè)備，積極引入變頻技術(shù)，通過(guò)變頻技術(shù)的應(yīng)用來(lái)提升生產(chǎn)的安全性，最大程度上降低機(jī)電設(shè)備的能耗，為礦山企業(yè)創(chuàng)造更大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>