煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

＊周志剛

（陽(yáng)煤集團(tuán)壽陽(yáng)景福煤業(yè)有限公司 山西 045000）

引言

我國(guó)具備十分豐富的煤炭能源，其儲(chǔ)藏量當(dāng)今世界穩(wěn)居前端。在中國(guó)資源應(yīng)用中，煤炭能源的地位十分重要，并在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中日益發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用。但是我國(guó)煤礦經(jīng)常產(chǎn)生一些安全生產(chǎn)事故，造成嚴(yán)重的內(nèi)耗情況。因此我國(guó)許多中小型煤礦將變頻節(jié)能技術(shù)廣泛運(yùn)用于生產(chǎn)中與煤礦機(jī)電設(shè)備應(yīng)用中，使我國(guó)煤礦生產(chǎn)中存有過(guò)大耗能的難題獲得妥善處理。

1.變頻技術(shù)簡(jiǎn)述

圖1

伴隨著電力電子技術(shù)和控制的發(fā)展，變頻技術(shù)在基礎(chǔ)理論和運(yùn)用層面也獲得了迅速的發(fā)展。在電力電子器件層面，歷經(jīng)廠GTR、IGBT的交替，并進(jìn)一步發(fā)展為智能化功率模塊（IPM），在控制理論層面，壓頻比（U/0）操縱方法獲得非常大的改善，閉環(huán)控制和轉(zhuǎn)距直接操縱方法在具體變頻器中廣泛運(yùn)用，模糊自優(yōu)化操縱、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等控制措施變成新技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)品研發(fā)方位；變速系統(tǒng)的處理速度愈來(lái)愈高。從單片機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)始，依次形成了數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換器（DPs）,精簡(jiǎn)指令集電子計(jì)算機(jī)（RISC），發(fā)生的高級(jí)專用型集成電路芯片（ASIC），在作用層面，變頻器的體系愈來(lái)愈高除了能進(jìn)行基本的變速作用外，具備內(nèi)嵌的可程序編程、主要參數(shù)識(shí)別及通訊等作用。運(yùn)用電力工程半導(dǎo)體元器件的導(dǎo)通作用把工作電壓和頻率固定不會(huì)改變的直流交流電流轉(zhuǎn)換為工作電壓或頻率可變性的交流電流的電磁能操縱設(shè)備稱之為“變頻器”。變頻調(diào)速便是根據(jù)更改電機(jī)開(kāi)關(guān)電源頻率完成速率調(diào)整的[1]。

2.變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的運(yùn)用

(1)變頻節(jié)能技術(shù)基本原理和運(yùn)用現(xiàn)況

①變頻節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)況

煤礦企業(yè)在開(kāi)展煤礦的采掘時(shí)，生產(chǎn)安全工作是企業(yè)高度關(guān)心的內(nèi)容，因此沒(méi)有對(duì)變頻節(jié)能技術(shù)開(kāi)展運(yùn)用，但伴隨著近些年高新科技、環(huán)保節(jié)能觀念的推廣，煤礦企業(yè)也早已開(kāi)始在煤礦生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備運(yùn)作過(guò)程中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，比如采煤機(jī)、帶式輸送機(jī)等，進(jìn)一步提高了機(jī)器設(shè)備特性與運(yùn)作效率，而且還大幅度減少了機(jī)器設(shè)備運(yùn)作所耗費(fèi)的動(dòng)能，完成了環(huán)保節(jié)能目的。另外還減少了設(shè)備維護(hù)與維修的花費(fèi)開(kāi)支力度，最后提升了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。因?yàn)槊旱V礦井標(biāo)準(zhǔn)繁雜環(huán)境艱苦，比如氣體濕冷、有害物質(zhì)外溢、煤層氣礦塵易燃易爆物品等，變頻技術(shù)在最開(kāi)始仍未獲得煤礦的高度重視和運(yùn)用，伴隨著煤礦礦井環(huán)境的改進(jìn)及變頻技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，使煤礦機(jī)電設(shè)備的環(huán)保節(jié)能要求持續(xù)提高，變頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)獲得愈來(lái)愈多煤礦從業(yè)人員的關(guān)心，因而推動(dòng)了變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的運(yùn)用。比如，在我國(guó)很多煤礦中，變頻節(jié)能技術(shù)已廣泛運(yùn)用在了斗提機(jī)、采煤機(jī)、帶式輸送機(jī)等機(jī)電設(shè)備中，促使機(jī)器設(shè)備的電力工程耗費(fèi)明顯降低，運(yùn)行高效明顯提升，機(jī)器設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)花費(fèi)也有一定的減少，經(jīng)濟(jì)收益顯著提高。

②變頻技術(shù)在斗提機(jī)的運(yùn)用

變頻技術(shù)在礦井優(yōu)化機(jī)的運(yùn)用中選用了高壓變頻變速自動(dòng)控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)：第一，在斗提機(jī)電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，高壓變頻變速自動(dòng)控制系統(tǒng)，選用模塊串連多脈沖信號(hào)動(dòng)能回饋型四象限高壓變頻自動(dòng)控制系統(tǒng)。高壓主電源電路與低壓控制回路中間的通信選用光纖傳輸激光焊接，確保電防護(hù)特性可以信賴，系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)。第二，斗提機(jī)電氣設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)選用PLC控制，完成提高整個(gè)過(guò)程的部位操縱、速率操縱、動(dòng)態(tài)性界面監(jiān)控和提升絞車(chē)系統(tǒng)的各類維護(hù)作用，達(dá)到電磁兼容測(cè)試性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[2]。

③變頻技術(shù)在水泵中的運(yùn)用

煤礦中運(yùn)用較多的另一種機(jī)器設(shè)備是多級(jí)泵。電磁能運(yùn)輸給水泵電機(jī)后，電機(jī)推動(dòng)多級(jí)泵轉(zhuǎn)動(dòng)，將電磁能變換為機(jī)械動(dòng)能，把礦井的水排放在路面。因?yàn)樗檬窃诰坠ぷ髦?，環(huán)境十分極端，傳統(tǒng)式的供電系統(tǒng)電機(jī)額定功率直流使它故障頻繁，運(yùn)作成本增大。一方面，水泵在直流啟動(dòng)，運(yùn)行電流量大，電機(jī)電纜線的損耗很大，促使電機(jī)電纜線在運(yùn)行過(guò)程中的反壓較高，使介電強(qiáng)度能減少，每一次啟動(dòng)都是會(huì)使水泵使用壽命減少，大大的影響了水泵的使用期限。另一方面，水泵在正常工作時(shí)普遍現(xiàn)象是電機(jī)負(fù)載率較低的狀況，水泵的功率因素較低，用電量多，“大馬小車(chē)”狀況比較嚴(yán)重。根據(jù)更改電機(jī)轉(zhuǎn)速比，在減少出水量的同時(shí)，可合理減少系統(tǒng)軟件的電磁能耗損。

④變頻技術(shù)在煤礦排風(fēng)機(jī)的運(yùn)用

主扇風(fēng)機(jī)在煤礦生產(chǎn)中擁有關(guān)鍵的作用，做為煤礦主通風(fēng)，它每日24h不斷地運(yùn)行，是全部煤礦的“呼吸”系統(tǒng)軟件。因?yàn)樽冾l器更新改造后離心風(fēng)機(jī)能夠完成變頻軟啟動(dòng)，防止了啟動(dòng)電流量的沖擊性，不但對(duì)電力網(wǎng)沒(méi)有沖擊性，并且還能夠隨時(shí)隨地啟動(dòng)或終止。開(kāi)展變頻更新改造后，離心風(fēng)機(jī)的絕大多數(shù)工作時(shí)間都是在較低的速率下運(yùn)作，因此大幅度降低了離心風(fēng)機(jī)工作中的沖擊韌性和電氣設(shè)備沖擊性，可大大增加離心風(fēng)機(jī)的使用期限。

⑤變頻器原理在煤礦采煤機(jī)中的運(yùn)用

采煤機(jī)做為煤礦礦井的關(guān)鍵采煤設(shè)備，常在較為惡劣的環(huán)境之中工作。其所處環(huán)境一般粉塵很大，氣體空氣濕度較高?，F(xiàn)階段，在我國(guó)動(dòng)能回饋型四象限運(yùn)作的溝通交流，變頻變速煤礦開(kāi)采技術(shù)處在全球領(lǐng)先地位，國(guó)內(nèi)電牽引帶采煤機(jī)走動(dòng)輸出功率較大2×115kW，軟啟動(dòng)器工作電壓380V，可以完成額定值轉(zhuǎn)速比之下穩(wěn)定轉(zhuǎn)距變速，額定值轉(zhuǎn)速比之上穩(wěn)定輸出功率變速及兩部軟啟動(dòng)器中間的主從關(guān)系操縱和轉(zhuǎn)距均衡。聯(lián)系實(shí)際運(yùn)作情況，四象限軟啟動(dòng)器變速電牽引帶采煤機(jī)，在大傾斜角工作面，可以對(duì)軸荷開(kāi)展調(diào)整，使?fàn)恳龓俾示S持穩(wěn)定，且實(shí)際操作便捷，具有協(xié)調(diào)能力和穩(wěn)定性[3]。

⑥變頻器原理在煤礦帶式輸送機(jī)中的運(yùn)用

現(xiàn)階段，我國(guó)很多煤礦用的帶式輸送機(jī)除裝貨系統(tǒng)應(yīng)用外，礦井應(yīng)用也很多。因?yàn)槭褂枚嗟木壒?，?yīng)用長(zhǎng)期都處在滿載或負(fù)載運(yùn)作情況，電磁能消耗比較嚴(yán)重。若在帶式輸送機(jī)上安裝軟啟動(dòng)器，可隨時(shí)隨地將電動(dòng)機(jī)形成的負(fù)力回饋到電力網(wǎng)中，降低發(fā)燙耗損，處理機(jī)械結(jié)構(gòu)及電路系統(tǒng)的沖擊性問(wèn)題，增加設(shè)備的使用期限，并能合理地節(jié)省電磁能。

⑦變頻節(jié)能技術(shù)在液體負(fù)載設(shè)備中的運(yùn)用

在液體負(fù)載頁(yè)面內(nèi)對(duì)變頻器原理開(kāi)展運(yùn)用，有利于完成離心風(fēng)機(jī)和泵的變頻變速。當(dāng)今，離心風(fēng)機(jī)中的變頻變速關(guān)鍵技術(shù)愈來(lái)愈廣泛，科技人員也增加了對(duì)變頻變速設(shè)備的產(chǎn)品研發(fā)幅度，已研發(fā)出適用煤礦獨(dú)特采掘環(huán)境的變頻變速設(shè)備。相比于傳統(tǒng)式的離心風(fēng)機(jī)運(yùn)作轉(zhuǎn)速比，其更新改造以后，特性顯著提高。更新改造以前，離心風(fēng)機(jī)的氣壓和排風(fēng)量是更新改造以后具體功率的3倍，非常大程度上節(jié)省了電能資源。在離心水泵操縱中運(yùn)用變頻節(jié)能技術(shù)，可以使設(shè)備處在一個(gè)優(yōu)良的變頻變速環(huán)境，并對(duì)生產(chǎn)工藝流程系統(tǒng)開(kāi)展優(yōu)良操縱，以確保產(chǎn)品品質(zhì)和操縱過(guò)程中的靈便度。如變頻節(jié)能技術(shù)使離心水泵時(shí)刻處在靈便的操縱情況，其降速和光滑啟停等也不會(huì)再受時(shí)間及環(huán)境因素的限定。另外，礦井液位儀較為高，對(duì)泵高轉(zhuǎn)速時(shí)間開(kāi)展合理減縮，非常大程度上減少了排污泵起停過(guò)程中的電磁能耗費(fèi)及設(shè)備耗損，完成了總體生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的提高。

圖2

現(xiàn)階段，變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的運(yùn)用已比較普遍，比如，除了提高設(shè)備和帶式輸送機(jī)外，在礦井綜掘機(jī)、空壓機(jī)等設(shè)備中也擁有廣泛運(yùn)用。此外，變頻器原理還開(kāi)發(fā)出泄露常見(jiàn)故障檢測(cè)系統(tǒng)，其強(qiáng)勁的視語(yǔ)音及傳輸數(shù)據(jù)作用可使煤礦設(shè)備運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)信號(hào)傳送更為便捷和精確；此外，皮帶運(yùn)輸機(jī)的瓦塊控制系統(tǒng)能夠依據(jù)礦井機(jī)電設(shè)備遍布地圖來(lái)發(fā)信號(hào)開(kāi)展要求和數(shù)據(jù)庫(kù)索引，產(chǎn)生詳細(xì)的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸衛(wèi)星通信系統(tǒng)，完成對(duì)機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控。

(2)變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用前景

伴隨著煤炭行業(yè)智能化煤礦基本建設(shè)的發(fā)展，變頻器原理等一系列優(yōu)秀技術(shù)在煤礦行業(yè)的運(yùn)用中有重要的作用。從而能夠看得出，以變頻器原理來(lái)節(jié)約資源是智能化社會(huì)發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì)。但因煤礦生產(chǎn)的獨(dú)特環(huán)境和對(duì)安全性的特別要求，變頻技術(shù)在井下工作上的運(yùn)用時(shí)間比較晚。伴隨著社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迅速發(fā)展，在煤礦領(lǐng)域?qū)ψ冾l器原理開(kāi)展運(yùn)用，可以做到節(jié)能降耗的目的。在我國(guó)地域遼闊，自然資源豐富多彩，煤礦采掘中牽涉到的機(jī)電設(shè)備類型比較多，因而要融合煤礦具體對(duì)變頻器原理開(kāi)展有效產(chǎn)品研發(fā)和運(yùn)用。近些年，礦山開(kāi)采過(guò)程中，電子信息技術(shù)運(yùn)用極其廣泛，為變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的運(yùn)用確立了優(yōu)良的基本。

3.結(jié)語(yǔ)

變頻節(jié)能技術(shù)以其完善的變頻調(diào)整作用和節(jié)能降耗優(yōu)點(diǎn)，為我國(guó)煤炭企業(yè)提供了無(wú)盡的發(fā)展空間。煤碳制造業(yè)企業(yè)要融合本身的具體發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)這種機(jī)電設(shè)備開(kāi)展有效運(yùn)用，以完成社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)收益的最優(yōu)。