變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

趙春茂

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，我國(guó)對(duì)煤炭的需求量與日俱增，尤其是在電能生產(chǎn)企業(yè)，為了提高我國(guó)煤炭生產(chǎn)的產(chǎn)能，各種煤礦企業(yè)也開(kāi)足了馬力進(jìn)行生產(chǎn)。在煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，提升運(yùn)輸機(jī)、井下通風(fēng)設(shè)備、井下排水設(shè)備以及瓦斯排放設(shè)備都離不開(kāi)大型電動(dòng)機(jī)。這些設(shè)備能否正常運(yùn)行直接關(guān)系著煤礦生產(chǎn)的安全，其運(yùn)行效率高低直接關(guān)系著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。這些設(shè)備所用到的電機(jī)在過(guò)去都使用定頻供電，電機(jī)的轉(zhuǎn)速不能根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，因此它們的工作效率普遍不高，在啟停階段還會(huì)給設(shè)備帶來(lái)額外的沖擊，非常容易對(duì)設(shè)備造成損傷，給企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)安全隱患。變頻技術(shù)的出現(xiàn)極大地改變了這一情況，不僅降低了設(shè)備的能源消耗，還給設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)了額外的好處，本文對(duì)該技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，希望對(duì)推廣該技術(shù)在煤礦企業(yè)中的應(yīng)用可以起到積極作用。

關(guān)鍵詞：變頻器 節(jié)能 機(jī)電設(shè)備

中圖分類號(hào)：TD63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2018）01（a）-0098-02

隨著近些年來(lái)自動(dòng)化技術(shù)、電子半導(dǎo)體技術(shù)、智能微控制技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦機(jī)電設(shè)備的技術(shù)也得到了很大的提高。煤礦生產(chǎn)企業(yè)主要是借助大型煤炭機(jī)電設(shè)備來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)的，它們每天要消耗大量的電能，其中大部分的電能是原動(dòng)機(jī)也就是電動(dòng)機(jī)消耗的。傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)供電屬于定頻供電，電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化不能隨意調(diào)節(jié)，因此其運(yùn)行效率并不高，還會(huì)在電動(dòng)機(jī)啟停環(huán)節(jié)給設(shè)備帶來(lái)額外的沖擊，降低設(shè)備使用的安全性。變頻技術(shù)的產(chǎn)生很好地解決了這些問(wèn)題，不僅提高了電動(dòng)機(jī)的使用效率，為國(guó)家節(jié)省了寶貴的電能，還使設(shè)備的運(yùn)行更加柔性，使設(shè)備工作更加平穩(wěn)，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，增加了設(shè)備在使用過(guò)程中的安全性。筆者將在本文中就變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)討論，希望對(duì)促進(jìn)該技術(shù)的進(jìn)一步推廣可以起到幫助作用。

1 變頻技術(shù)簡(jiǎn)要介紹

在煤礦企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程中，各種機(jī)電設(shè)備通常并沒(méi)有運(yùn)行在額定使用負(fù)荷上，如果采用常規(guī)的對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行定頻供電，不僅造成設(shè)備的運(yùn)行速度不好調(diào)整，還會(huì)造成大量電能浪費(fèi)。變頻技術(shù)是融合交流電機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代電力電子控制技術(shù)、微控制技術(shù)等的綜合技術(shù)。它利用微控制芯片對(duì)各種電力電子開(kāi)關(guān)管進(jìn)行通斷控制，達(dá)到對(duì)工頻電源供電進(jìn)行變頻，它依靠可以控制頻率的交流電源，來(lái)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。這是利用了電機(jī)的轉(zhuǎn)速與供電頻率成正比的原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。通過(guò)變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)在一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)速，大大增加了電機(jī)工作的平穩(wěn)性，可以根據(jù)工作需要通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制電機(jī)的輸出功率，在運(yùn)行設(shè)備并不需要那么高的輸出功率時(shí)，可以方便地進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，避免了常規(guī)電機(jī)控制造成的大量電能的浪費(fèi)。變頻設(shè)備通常由整流模塊、直流模塊、逆變模塊、微控制模塊構(gòu)成，各個(gè)部分缺一不可，它們協(xié)同工作將工頻電源轉(zhuǎn)化成頻率可調(diào)的供電電源。

2 變頻技術(shù)在煤礦企業(yè)生產(chǎn)中的重要性

隨著煤炭資源消耗速度的不斷加快，煤炭資源的總量在不斷減少，且煤炭資源的開(kāi)采難度也是越來(lái)越高，各個(gè)煤炭生產(chǎn)企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)也是越來(lái)越厲害。隨著用工成本的不斷提升，各個(gè)煤炭企業(yè)的生產(chǎn)效益也大不如前，如何更進(jìn)一步地降低能源消耗、提升能源利用效率是關(guān)乎企業(yè)生死存亡的大問(wèn)題。煤礦機(jī)電設(shè)備高效利用變頻技術(shù)，是提升企業(yè)生產(chǎn)效益，為企業(yè)節(jié)省資金的重要舉措。煤礦生產(chǎn)企業(yè)有超過(guò)7成的用電是被各種機(jī)電設(shè)備中的電動(dòng)機(jī)消耗掉的，因此利用變頻技術(shù)對(duì)機(jī)電設(shè)備所用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電，可以有效降低企業(yè)的用電消耗，每年可以為煤礦生產(chǎn)企業(yè)節(jié)省大量的資金，而且其應(yīng)用還會(huì)使設(shè)備的運(yùn)行更加平穩(wěn)，大大增加機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的可靠性，這對(duì)提升煤礦企業(yè)的生產(chǎn)安全具有十分重要的作用。筆者將在下文中對(duì)煤礦企業(yè)主要使用機(jī)電設(shè)備應(yīng)用變頻技術(shù)的情況進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

3 變頻技術(shù)在煤礦企業(yè)主要生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備上的應(yīng)用

提升運(yùn)輸機(jī)是煤礦生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)中所用到的核心設(shè)備，它的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)將人和礦料運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)。煤礦提升機(jī)通常有復(fù)雜的啟停控制單元，傳統(tǒng)的運(yùn)輸機(jī)調(diào)速是用在電機(jī)回路中串入電阻降低電動(dòng)機(jī)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，可以根據(jù)要求轉(zhuǎn)速的不同來(lái)串入不同的電阻。這種調(diào)速方法，不能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)極調(diào)速，電機(jī)在調(diào)速過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速突變，非常容易造成該設(shè)備各零部件之間產(chǎn)生沖擊，降低運(yùn)輸機(jī)的使用壽命，如果沖擊過(guò)大還會(huì)直接造成零部件的損壞，大大降低了運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行的安全性，而且串入的電阻還要消耗很多的電能，讓很多電能轉(zhuǎn)化成熱能，白白地浪費(fèi)掉。將變頻技術(shù)引入到傳輸機(jī)后，很容易實(shí)現(xiàn)傳輸機(jī)電機(jī)的平穩(wěn)調(diào)速，使運(yùn)輸機(jī)工作過(guò)程更加平穩(wěn)，將運(yùn)輸機(jī)啟停過(guò)程中的沖擊降到最低。傳統(tǒng)的運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸速度是很難進(jìn)行調(diào)整的，而利用變頻技術(shù)后，可以利用PLC控制模塊很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻單元的調(diào)速規(guī)律進(jìn)行修改，使傳輸機(jī)很容易滿足生產(chǎn)中的調(diào)速要求。由于省去了額外串接的電阻，因此就大大節(jié)省了電能的消耗，由于傳輸機(jī)運(yùn)行的更加平穩(wěn)，使得傳輸機(jī)械的故障率變得更低，大大延長(zhǎng)了它的使用壽命，間接為企業(yè)節(jié)省了資金。

皮帶機(jī)也是煤礦生產(chǎn)企業(yè)用來(lái)運(yùn)輸?shù)V料的重要機(jī)電設(shè)備，其是靠電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶來(lái)達(dá)到輸送物料的作用的。皮帶是靠皮帶和輪轂之間的摩擦力來(lái)運(yùn)動(dòng)的，為了降低電機(jī)突然啟停所造成的皮帶打滑現(xiàn)象，傳統(tǒng)的皮帶機(jī)是依靠液力耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的軟起動(dòng)的，這會(huì)大大增加電機(jī)的啟動(dòng)電流，不僅會(huì)影響電機(jī)的使用壽命，還不能完全避免皮帶的打滑現(xiàn)象，容易造成皮帶發(fā)熱加速老化。變頻技術(shù)的引用會(huì)使皮帶機(jī)以非常低的加速度開(kāi)始加速，大大增加了皮帶機(jī)啟動(dòng)的平穩(wěn)性，不會(huì)產(chǎn)生傳統(tǒng)技術(shù)帶來(lái)的電動(dòng)機(jī)大電流啟動(dòng)現(xiàn)象，有效增加了電動(dòng)機(jī)和皮帶的使用壽命，同時(shí)也節(jié)省了大量的電能，降低了企業(yè)對(duì)其維護(hù)的成本。

通風(fēng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)企業(yè)要用到的生命保障設(shè)備，其運(yùn)行正常與否直接關(guān)系到井下很多工人的生命安全，被形象地稱為礦井的呼吸系統(tǒng)。隨著礦井的不斷挖掘，對(duì)通風(fēng)量的需求也是不斷增加，傳統(tǒng)的電機(jī)控制方法沒(méi)有辦法直接對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，如果要增加通風(fēng)量必須要重新購(gòu)買新設(shè)備，這將花費(fèi)企業(yè)大量的資金，應(yīng)用變頻技術(shù)后，它可以根據(jù)實(shí)際工作需要，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)量的實(shí)時(shí)調(diào)整，為企業(yè)省去很多電能消耗，同時(shí)在應(yīng)用變頻技術(shù)后，也同樣避免了風(fēng)機(jī)在啟停過(guò)程中的沖擊，大大延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)的使用壽命，使井下的生命安全得到了更大的保證。

采煤機(jī)與其他機(jī)電設(shè)備一樣，必須要經(jīng)歷頻繁的啟停環(huán)節(jié)，在應(yīng)用變頻技術(shù)后，使其工作更加平穩(wěn)，能根據(jù)實(shí)際工作需要，實(shí)時(shí)對(duì)牽引速度進(jìn)行調(diào)整，使其工作效率變得更高、更加節(jié)能，能有效避免其工作中出現(xiàn)的溜坡、打滑現(xiàn)象，還使操作更容易控制，操控更加精準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

變頻技術(shù)是高新技術(shù)的產(chǎn)物，它的誕生極大地方便了對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有了比較大規(guī)模的應(yīng)用，但是在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用還稍顯不足。很多煤礦機(jī)電設(shè)備都有頻繁的啟停環(huán)節(jié)，而且有很多設(shè)備都有調(diào)速要求。變頻技術(shù)的引入可以很好地解決這些問(wèn)題，不僅給企業(yè)節(jié)省了很多的電能消耗，還使設(shè)備運(yùn)行得更加平穩(wěn)，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。我國(guó)煤礦機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該逐步加大對(duì)變頻技術(shù)的利用力度，使其為我國(guó)的煤礦生產(chǎn)做出更大的貢獻(xiàn)。

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