郭擁軍

(山西長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西 長治 047100)

1 前言

我國現(xiàn)代煤礦高速發(fā)展的重要標(biāo)志就是變頻技術(shù)的應(yīng)用，我國煤礦工業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了機械化到機電化的過渡，可以滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中對煤礦產(chǎn)量需求。變頻技術(shù)的綜合性比較強，是近些年來發(fā)展起來的重要技術(shù)，基于變頻技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)代煤礦機電工程發(fā)展，就要把握變頻技術(shù)的主要工作原理，加強其在煤礦機電工程中的應(yīng)用。

2 變頻技術(shù)及其發(fā)展

2.1 主要內(nèi)涵

作為一門綜合性很強的新型科學(xué)技術(shù)，變頻技術(shù)實現(xiàn)了電機傳動技術(shù)、電力電子技術(shù)、計算機等技術(shù)的統(tǒng)一，目前在機械設(shè)備控制中運用非常普遍。變頻技術(shù)具有優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能，而電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)的結(jié)合，完成了傳動和控制的有機結(jié)合，進(jìn)而實現(xiàn)機電一體化。變頻技術(shù)的工作原理主要利用的是半導(dǎo)體元件，它可以實現(xiàn)工頻電流信號向其它相應(yīng)頻率的轉(zhuǎn)化，再將工頻電流轉(zhuǎn)化為直流電，在整個過程中逆變器可以實現(xiàn)電壓和電流的控制調(diào)節(jié)，保證機電設(shè)備進(jìn)入無級調(diào)速狀態(tài)[1]。目前現(xiàn)代煤礦機電工程中應(yīng)用的變頻技術(shù)主要是對電機轉(zhuǎn)速和電源頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以完成對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和機電設(shè)備的控制。而且變頻技術(shù)對于保證煤礦機電工程設(shè)備的平穩(wěn)、控制設(shè)備的加減速等都有重要作用，是現(xiàn)代煤礦機電工程的發(fā)展方向。

2.2 發(fā)展現(xiàn)狀

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動了變頻技術(shù)的發(fā)展，尤其是電子信息技術(shù)的發(fā)展，目前變頻技術(shù)在理論研究和實踐應(yīng)用中都發(fā)展很快，而且其經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益都非常好。變頻技術(shù)的應(yīng)用使得生產(chǎn)過程中能源消耗大幅度降低，越來越多企業(yè)開始引進(jìn)這一技術(shù)。對于系統(tǒng)的控制方式和功能，變頻技術(shù)可以實現(xiàn)控制模塊的智能設(shè)置，提高其生產(chǎn)的綜合化水平。因此，隨著變頻技術(shù)的不斷更新，未來發(fā)展過程中將會在不同行業(yè)和領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

3 變頻技術(shù)在現(xiàn)代煤礦機電工程中的應(yīng)用

3.1 煤礦風(fēng)機

在風(fēng)機和泵類負(fù)載是最早開始運用變頻技術(shù)的，但是應(yīng)用在煤礦機電設(shè)備中還比較晚?，F(xiàn)在礦井通風(fēng)設(shè)計的方案比較多，而且差異性越來越大，實際操作過程復(fù)雜。比如在礦井生產(chǎn)中期，需要對風(fēng)機進(jìn)行更換，這樣才能保證其通風(fēng)效果，而實際操作中機電設(shè)備容易發(fā)生故障，這就增加了其維修量和維修難度。不用的風(fēng)機會被暫時擱置，造成資源大量浪費，使得煤礦機電設(shè)備的有效利用率降低。如果在煤礦風(fēng)機中應(yīng)用變頻技術(shù)，不僅可以提高煤礦的通風(fēng)性，也防止重復(fù)的更換工作，提高節(jié)能效果[2]。例如在煤礦掘進(jìn)時，一臺風(fēng)機就可以滿足其風(fēng)量需求，使得操作過程更加方便。

3.2 煤礦提升機

在煤礦企業(yè)中，煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)用電量是其用電量的70%～90%，尤其是在大功率用電設(shè)備的啟動、加速、減速、制動等過程中，會產(chǎn)生很大的負(fù)荷，此時就會產(chǎn)生電壓波動，并對其他設(shè)備安全運行產(chǎn)生影響，比如礦井提升機、膠帶輸送機、主要通風(fēng)機、主要排水泵等。一旦產(chǎn)生機械沖擊，設(shè)備的損傷就會增加，可能會影響其使用壽命。變頻技術(shù)因其具備良好的調(diào)速性能和節(jié)能效果，使得煤礦機電設(shè)備的自動化控制程度和運行效率得到了提高。因為礦井提升機的工作條件特殊，所以在復(fù)雜、繁重的運行條件下，其設(shè)備性能就必須滿足更高的要求。實際工作中提升機需要進(jìn)行不斷的啟動關(guān)閉，其調(diào)速任務(wù)重，增大了機電設(shè)備的故障發(fā)生可能性，使得機電設(shè)備容易受到損害。對于提升機，變頻技術(shù)可以提供一種有效保護，并提高其工作效率，有利于提高提升機的運行能力。變頻設(shè)備的內(nèi)部軟件用來調(diào)節(jié)提升機的速度，這樣就可以降低提升機的故障發(fā)生頻率，減少機電設(shè)備的維修和費用，并且可以實現(xiàn)電能的有效節(jié)約，最終達(dá)到節(jié)能降耗的目的[3]。

3.3 煤礦空氣壓縮機

空氣壓縮機是煤礦風(fēng)動機電運行的主要動力來源，通常由交流電機實現(xiàn)，所以必須保證電動機一直處于全速的工作狀態(tài)。而空氣壓縮機進(jìn)行壓力控制會運用上下兩點控制模式進(jìn)行，使得交流電動機一直處于工頻的運行狀態(tài)。如果空氣壓縮機的氣缸壓力和其預(yù)設(shè)的壓力值一致，此時空壓機的進(jìn)氣閥可以關(guān)閉，不需要繼續(xù)產(chǎn)生壓縮氣體，保證電動機處于空載狀態(tài)。在壓力不斷下降過程中，如果其接近預(yù)設(shè)壓力，就會打開空壓機氣閥，并產(chǎn)生壓縮空氣，此時就是一種重載狀態(tài)。但是通過實踐發(fā)現(xiàn)，煤礦實際用氣量和產(chǎn)氣量不可能完全一致，所以空壓機就需要頻繁的進(jìn)行加載卸載，影響電網(wǎng)、電動機和空壓機。因為變頻技術(shù)的高控制精度、易操作性和免維護性的特點，如果將其應(yīng)用于普通電動機調(diào)速，在其拖動負(fù)載時就不用改動，只需要根據(jù)具體的生產(chǎn)工藝要求調(diào)整其轉(zhuǎn)速輸出[4]。對于傳統(tǒng)空氣壓縮機的加載方式來說，變頻器驅(qū)動方式實現(xiàn)了控制方式的根本改變，只要根據(jù)用氣量對拖動電動機進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)就可以實現(xiàn)自動調(diào)控，這樣供氣壓力就會基本恒定，減少壓縮機的啟停次數(shù)。

3.4 皮帶設(shè)備

皮帶設(shè)備是煤礦機電工程中運用比較頻繁的一種設(shè)備，其啟動和運轉(zhuǎn)必須有大功率支持。目前我國現(xiàn)代煤礦機電工程中的皮帶設(shè)備實施軟啟動大多是利用液力耦合設(shè)備，這一過程中并未改變電動機起動的實際過程，仍會需要很大的電流，其沖擊電流對于設(shè)備零件會產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷。而且運行中液力耦合設(shè)備低效調(diào)速產(chǎn)生的熱量比較多，使得皮帶設(shè)備內(nèi)部的溫度迅速升高，容易產(chǎn)生不同程度的磨損，降低皮帶壽命，留下安全隱患[5]。目前變頻技術(shù)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的液力耦合設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備的軟啟動，設(shè)備瞬時張力減小，使得皮帶損傷的情況得到緩解，為設(shè)備穩(wěn)定運行提供了保障。

4 結(jié)語

隨著煤礦開采不斷進(jìn)行，其設(shè)備和技術(shù)的更新為煤礦開采提供了新的動力支持，推動了我國煤礦開采業(yè)的專業(yè)化發(fā)展，大大提高了其開采生產(chǎn)效率，為我國經(jīng)濟發(fā)展提供了能源動力支持。目前我國現(xiàn)代煤礦機電工程中應(yīng)用了變頻技術(shù)，實現(xiàn)了我國煤礦機電施工中的節(jié)能降耗，提高了煤礦機電工程的工作效率，并在具體實踐中取得了很好的效果。在現(xiàn)代煤礦機電工程的風(fēng)機、提升機、空氣壓縮機、皮帶設(shè)備等多個環(huán)節(jié)中都有變頻技術(shù)的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)煤礦機電生產(chǎn)的不足，實現(xiàn)了我國工業(yè)發(fā)展運行模式的轉(zhuǎn)變，推動了我國現(xiàn)代煤礦機電工程向節(jié)能環(huán)保方向的轉(zhuǎn)型。