變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用探討

摘要：煤礦開采環(huán)境惡劣，生產(chǎn)條件不穩(wěn)定，使得設(shè)備工作效率低且損耗嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了煤礦開采工作的安全和高效。變頻調(diào)速控制技術(shù)的發(fā)展和在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用較好的改善了這一現(xiàn)狀，筆者結(jié)合自身工作實(shí)踐，對變頻控制技術(shù)做了介紹，并對其在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用做了簡要的探討。

關(guān)鍵詞：變頻；煤礦機(jī)電設(shè)備；應(yīng)用

引言

煤礦生產(chǎn)中的機(jī)電設(shè)備耗電量占了煤礦耗電量非常大的比率，煤礦企業(yè)生產(chǎn)成本能否得到較好的控制和降低則在很大程度上取決于機(jī)電設(shè)備的能耗水平。礦井生產(chǎn)設(shè)備的節(jié)能成為其節(jié)能的重中之重。變頻控制技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，以及在煤礦領(lǐng)域的大力推廣使得煤礦機(jī)電設(shè)備的節(jié)能進(jìn)入了一個新的階段。

1 變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)

眾所周知，機(jī)電設(shè)備電機(jī)的轉(zhuǎn)速是和工作電源輸入頻率成正比例關(guān)系變化的，改變電動機(jī)的電源頻率就可達(dá)到速度調(diào)節(jié)的目的，變頻調(diào)速技術(shù)正是基于這一原理，通過改變電動機(jī)工作電源頻率來實(shí)現(xiàn)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。我們所講的變頻技術(shù)主要是指交流變頻技術(shù)，實(shí)質(zhì)是將直流電逆變換為不同的交流電，或是先將交流電變成直流電再把直流電逆變?yōu)椴煌慕涣麟姡谏鲜龅倪^程中，一般只發(fā)生頻率變化。技術(shù)的的發(fā)展不斷推動著變頻調(diào)速的技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，在功能和性能方面也都大大超過了直流調(diào)速系統(tǒng)，也有逐漸取代直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢，且變頻器在調(diào)速范圍、驅(qū)動能力、調(diào)速精度、動態(tài)響應(yīng)、輸出性能、功率因數(shù)、運(yùn)行效率及使用的方便性等方面大大超過了其它常規(guī)交流調(diào)速方式。

變頻器是變頻調(diào)速的關(guān)鍵裝置，它是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的電能控制裝置。變頻器主要采用“交——直——交”的工作方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT三相橋式逆變器。且輸出為 PWM（脈沖寬度調(diào)制）波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和 緩沖無功功率。PWM控制技術(shù)是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一。目前，變頻調(diào)速控制技術(shù)以其優(yōu)異的性能得以在諸多生產(chǎn)行業(yè)中廣泛推廣和應(yīng)用，在電力、軋鋼，造紙、化工、水泥、煤炭、紡織、鐵路、食品、船舶，機(jī)床等傳統(tǒng)工業(yè)的改造中以及航空航天等高新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用中都能看到變頻調(diào)速技術(shù)的蹤影，變頻調(diào)速技術(shù)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 變頻控制技術(shù)在動力負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用

2.1 變頻控制技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

礦業(yè)生產(chǎn)中，礦井提升機(jī)有著非常廣泛和重要的作用，物料或人員運(yùn)送到目的地就離不開提升機(jī)。比較傳統(tǒng)的提升機(jī)的調(diào)速原理是通過金屬電阻來帶動電動機(jī)運(yùn)作，再結(jié)合鼓型控制器或者接觸器切除電阻來達(dá)到調(diào)速的效果。該方式弊端較多，電阻消耗多以及散熱不良等情況都經(jīng)常出現(xiàn)；同時，電阻的調(diào)速范圍并不大，這就決定了精確度降低的情況是不可避免的。此外，在進(jìn)行減速和下放時，需要通過動力來生成直流電源或者低頻電源，這在很大程度上會造成設(shè)備的損壞，不僅用電能耗較高，也對礦山的安全生產(chǎn)和正常運(yùn)行都是非常不利的。如果在礦井提升機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中使用變頻控制技術(shù)，能夠很好的實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)加減速，極大的增強(qiáng)了安全性和系統(tǒng)性能，還能有效的控制各種問題的出現(xiàn)，加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備的保護(hù)。

2.2 變頻技術(shù)在皮帶機(jī)中的應(yīng)用

皮帶機(jī)較提升機(jī)而言，其功率更大。皮帶機(jī)是通過驅(qū)動輪轂產(chǎn)生摩擦力進(jìn)而帶動皮帶進(jìn)行作業(yè)，皮帶再結(jié)合較為特殊的張力變形和摩擦力來牽引滾軸進(jìn)行運(yùn)作。主要工作原理是將繞線電機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組降壓啟動后工頻運(yùn)行，經(jīng)液力藕合器切換到皮帶機(jī)。其中采用轉(zhuǎn)子串接電阻改善轉(zhuǎn)矩和減壓空載啟動等方式，皮帶機(jī)的啟動時間是很短暫的，如果皮帶韌性不足的話，長時間運(yùn)轉(zhuǎn)會造成皮帶老化甚至斷裂的狀況，另外，由于在啟動的過程中會伴隨較大電流的產(chǎn)生，無疑會形成電機(jī)內(nèi)部發(fā)熱發(fā)燙現(xiàn)象甚至造成電網(wǎng)電壓的劇烈波動。液力藕合器在工作過程中，內(nèi)部的油溫容易升高較快，也存在內(nèi)部部件的摩擦加大等現(xiàn)象，這些都在很大程度上增加了維護(hù)的成本和維護(hù)難度，另外還有功率較難同步的諸多問題。然而通過變頻調(diào)速就能夠很好的改變傳輸機(jī)出現(xiàn)軟起、軟停等不良運(yùn)作方式的狀況，更好的穩(wěn)定皮帶機(jī)的性能。使用了變頻調(diào)速技術(shù)的皮帶機(jī)，其工作頻率和力矩均可根據(jù)自身承擔(dān)的負(fù)荷狀況來很好的調(diào)節(jié)和改變，使電機(jī)工頻能夠恒速運(yùn)行，不僅運(yùn)行安全而且高效節(jié)能。變頻技術(shù)能有效的提高工作效率，在皮帶機(jī)中的應(yīng)用能使系統(tǒng)功率因素改善到90% 以上。使用高壓變頻器還能實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)能量回饋功能，也能夠有效降低在其他設(shè)備上所花費(fèi)的維修保養(yǎng)費(fèi)用，在實(shí)現(xiàn)環(huán)保的基礎(chǔ)上不斷提高能源的利用效率。

3 變頻控制技術(shù)在流體負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用

3.1 變頻控制技術(shù)在通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

通風(fēng)機(jī)屬于礦山生產(chǎn)必不可少的機(jī)電設(shè)備之一，應(yīng)用于長時間的作業(yè)過程，作為礦井作用的通風(fēng)設(shè)備來講，其重要性不言而喻，它也有“礦山器官”這樣非常形象的稱呼。隨著煤礦開采深度的不斷增加，風(fēng)壓也隨之不斷增大，對于通風(fēng)機(jī)功率的要求也越來越大，然而要使通風(fēng)機(jī)達(dá)到較大的功率卻并不是件容易的事情。在煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中，因其低耗高能的特點(diǎn)，變頻調(diào)速已在通風(fēng)機(jī)設(shè)備中得到了較好的應(yīng)用，它能夠根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)和環(huán)境需要來改變風(fēng)量的大小，經(jīng)過變頻技術(shù)改造支持下的通風(fēng)機(jī)，能有效實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動，較好的避免啟動時電流過大的現(xiàn)象，避免對電網(wǎng)設(shè)備形成沖擊，杜絕運(yùn)行中危險(xiǎn)事故，還能夠根據(jù)需要很好的對設(shè)備進(jìn)行啟動和停止的操作。一般而言，通風(fēng)機(jī)基本是以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)的，這就使通風(fēng)機(jī)的強(qiáng)度得到了有效地控制，能夠使通風(fēng)機(jī)的使用時間更長，降低通風(fēng)機(jī)的維修次數(shù)和維護(hù)工作量。但是在電機(jī)運(yùn)用的過程中，必須嚴(yán)格控制兩臺電機(jī)的運(yùn)行頻率，保持其一致性，確保電機(jī)的轉(zhuǎn)速一致，有效的來避免因風(fēng)阻現(xiàn)象而導(dǎo)致的風(fēng)機(jī)受到影響無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

3.2 變頻控制技術(shù)在水泵中的應(yīng)用

可將變頻調(diào)速技術(shù)用于在礦區(qū)的給水、給液用泵中，系統(tǒng)變頻器就可靈活的控制抽水泵的平滑起停、適時加減速，這樣可以增加系統(tǒng)工藝控制的靈活性，此外，可以顯著降低設(shè)備的機(jī)械沖擊，延長產(chǎn)品使用壽命。變頻技術(shù)的應(yīng)用能夠降低機(jī)電設(shè)備器件的磨損程度，減少了泵的空轉(zhuǎn)時間以及頻繁起停過程中的能耗浪費(fèi)，還能可靠的保證井下液位的恒定，優(yōu)勢是非常明顯的。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：成志強(qiáng)（1975.2-），男，就職于山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院生產(chǎn)科，助理工程師。