變頻控制技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用

鶴礦集團有限責(zé)任公司 安全生產(chǎn)部 周 明

隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)和自動控制等技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻控制技術(shù)的應(yīng)用也日漸成熟，并成為新時期節(jié)電、環(huán)境改善、技術(shù)優(yōu)化的一種重要手段。煤礦開采行業(yè)的一個顯著特征是耗費大量電能，電耗成本在其生產(chǎn)成本中占據(jù)著相當(dāng)大的比例，而提升、排水、通風(fēng)和壓氣等設(shè)備的電能消耗為總能耗的2/3以上，且其中的很大一部分屬于浪費。為改善這一現(xiàn)狀，煤礦工作人員于近年來開始嘗試在機電設(shè)備中引入變頻控制技術(shù)，從而有效地激發(fā)了煤礦領(lǐng)域中變頻控制技術(shù)的應(yīng)用潛能，并且在實踐中取得了較好的效果。

一、變頻控制技術(shù)含義

變頻控制技術(shù)是電傳動技術(shù)、電力電子技術(shù)及微機技術(shù)的綜合應(yīng)用，是機電一體、強弱電混合的綜合性技術(shù)。變頻控制技術(shù)的實質(zhì)是通過對電力半導(dǎo)體器件通斷作用的利用，來變換工頻電源為另一頻率的裝置，即對電能作出控制。變頻控制技術(shù)的基本原理是依靠整流橋來變工頻電壓為直流電壓，再轉(zhuǎn)換逆變器為電壓、頻率可調(diào)的驅(qū)動電源，從而為電動機無極調(diào)速的實現(xiàn)提供合適的電流和電壓，是一種高效的、無附加轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方式。該技術(shù)之所以在目前能源危機形勢下備受關(guān)注，不要因為他能夠以電機負(fù)載變化為根據(jù)，做出平滑、自動的減速、增速，從而促進機電設(shè)備工作效率的大幅度提高。

二、變頻控制技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的具體應(yīng)用分析

1.礦井提升機中變頻控制技術(shù)的應(yīng)用。在煤礦中，礦井提升機的作用是對人員、物料進行安全輸送，是煤礦生產(chǎn)中的重要設(shè)備。傳統(tǒng)技術(shù)中是依靠電阻帶動電機控制，再與鼓型控制器結(jié)合達到調(diào)速的目的，其缺點是存在過多的電阻小號，易造成散熱不理想等情況的發(fā)生，且相對較小的電阻調(diào)速范圍也使得精確度難以得到保障。而在礦井提升機的驅(qū)動系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用變頻控制技術(shù)，可以有效解決上述，不但可以使設(shè)備保護性、系統(tǒng)性能得到增強，而且能夠進行平滑、無極的加、減速。歸結(jié)其應(yīng)用優(yōu)點，主要表現(xiàn)在以下3個方面。

（1）與編程器結(jié)合，通過指令變換的形式控制電控系統(tǒng)中繼電器的邏輯關(guān)系，實現(xiàn)了梯形圖與電路圖間的有效轉(zhuǎn)換。

（2）對于繼電器的控制只需較少外部線路就能實現(xiàn)，減少了繼電器數(shù)量，故障較多、空間不足的情況得到很大改善。

（3）在處理系統(tǒng)故障時，能利用編程器與觸摸顯示屏來實施故障排查，簡化了處理流程，且實現(xiàn)了對電器、機械故障的隨時掌握。

2.皮帶機中變頻控制技術(shù)的應(yīng)用。相比于提升機的功率消耗，皮帶機要更大。皮帶在摩擦力及特殊張力作用下在滾軸上實現(xiàn)運動，且需要液力耦合器至皮帶機切換過程的參與，傳統(tǒng)技術(shù)中，往往會應(yīng)用減壓空載啟動、轉(zhuǎn)子串接電阻等方法，但因啟動電流過大，容易造成電機內(nèi)部發(fā)熱、機械沖激、電網(wǎng)電壓劇烈波動等問題。且過短的啟動時間會加速皮帶的老化、斷裂，對皮帶性能提出了更高的要求。同時，液力耦合器在運轉(zhuǎn)過程中，會加大部件磨碎程度，造成內(nèi)部油溫升高，不但增加了成本和維護難度，污染了環(huán)境，且功率難以得到同步和平均。皮帶機系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在皮帶機中引入變頻控制技術(shù)進行軟起、軟停，實現(xiàn)了對皮帶機運行性能的優(yōu)化。其優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾點方面。

（1）能夠以負(fù)載變化情況為根據(jù)，對輸出的力矩、頻率作出調(diào)整，是在傳統(tǒng)恒速工頻運行基礎(chǔ)上的突破，具有一定的電力節(jié)約效果。

（2）在工作狀態(tài)中，功率因素可超過90%，大大提升了工作效率。

（3）能量回饋功能在變頻器中的應(yīng)用，節(jié)約了電力能耗，且起到了環(huán)保、降低設(shè)備維護費用的效果。

3.通風(fēng)機中變頻控制技術(shù)的應(yīng)用。通風(fēng)機是煤礦的主要設(shè)備，主通風(fēng)機更是礦井的“呼吸”系統(tǒng)，全天候運轉(zhuǎn)，在煤礦生產(chǎn)中十分關(guān)鍵。新時期，隨著煤礦巷道的延長和掘進開采的延伸，雖然風(fēng)量的變化不大，但卻要求井下風(fēng)壓持續(xù)增加，而風(fēng)機功率也須隨之增加。在通風(fēng)機中應(yīng)用變頻控制技術(shù)，能夠以巷道風(fēng)向要求為根據(jù)進行方便的調(diào)速，規(guī)避了浪費現(xiàn)象，有著較為理想的應(yīng)用效果。同時，基于變頻控制技術(shù)應(yīng)用的通風(fēng)機改造，使得風(fēng)機不必始終處于滿負(fù)荷狀態(tài)。因此，通風(fēng)機在大部分工作時間中的運行速度都是較低的，這大大降低了風(fēng)機工作的電氣沖擊和機械強度，延長了使用壽命，降低了維修強度。應(yīng)值得注意的是，在應(yīng)用變頻控制技術(shù)改造通風(fēng)機后，通常應(yīng)盡可能低保持兩臺電機一致的運行頻率，從而保證兩臺電機轉(zhuǎn)速一致，避免因轉(zhuǎn)速不同而形成風(fēng)阻。

三、結(jié)論

市場經(jīng)濟也是效益經(jīng)濟，對于同樣產(chǎn)品的生產(chǎn)，誰消耗的能量更少，誰的產(chǎn)品就更具競爭優(yōu)勢。在煤礦生產(chǎn)過程當(dāng)中，水泵、風(fēng)機等機械會消耗大量電能，而變頻控制技術(shù)的應(yīng)用能夠以實際的生產(chǎn)需要為依據(jù)實現(xiàn)最經(jīng)濟的電能利用。節(jié)約了電能，生產(chǎn)成本自然會得到降低。按照目前趨勢，在未來煤炭生產(chǎn)過程中，變頻控制技術(shù)將在煤礦機電設(shè)備中有著更為廣泛的應(yīng)用。