多種煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻技術(shù)的應(yīng)用研究

摘 要 目前，國(guó)內(nèi)大部分煤礦都實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn)，這使得煤礦井下的機(jī)電設(shè)備大幅度增多，為了實(shí)現(xiàn)提高工作效率、節(jié)能降耗的目標(biāo)，有必要在煤礦各種機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用變頻技術(shù)。基于此點(diǎn)，文章就變頻技術(shù)在煤礦多種機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用展開研究。

關(guān)鍵詞 煤礦；機(jī)電設(shè)備；變頻技術(shù)；節(jié)能

中圖分類號(hào)：TD63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）07-0122-01

1 變頻技術(shù)概述

所謂的變頻實(shí)質(zhì)上就是通過對(duì)供電頻率進(jìn)行改變，來達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。變頻器是變頻技術(shù)的核心，其能夠?qū)╇婎l率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)，變頻器還能使電源電壓的適應(yīng)范圍顯著增大，這有效解決了電網(wǎng)電壓不穩(wěn)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行效率不高的問題。具體而言，通過改變交流電頻的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電有效控制的技術(shù)即變頻技術(shù)。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，變頻技術(shù)也獲得了長(zhǎng)足進(jìn)步，這使其應(yīng)用范圍越來越廣，借助變頻器進(jìn)行變頻控制能夠達(dá)到以下目的。

1）節(jié)能。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，通過變頻器進(jìn)行調(diào)速可以比傳統(tǒng)電磁調(diào)速節(jié)省電能25%～80%，其節(jié)能優(yōu)勢(shì)非常明顯；

2）調(diào)速。在常規(guī)的三相異步電動(dòng)機(jī)上加裝變頻裝置后，便可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，由此可對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行任意調(diào)節(jié)；

3）軟啟動(dòng)。眾所周知，對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行硬啟動(dòng)有可能造成設(shè)備損壞的后果，而應(yīng)用變頻技術(shù)之后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的軟啟動(dòng)，這極大程度地減少了啟動(dòng)過程對(duì)設(shè)備的危害，進(jìn)一步延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

由于大部分煤礦機(jī)電設(shè)備常常在滿載負(fù)荷的條件下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，而設(shè)備的動(dòng)力設(shè)計(jì)并未考慮到這一因素，為使設(shè)備既能夠滿足工作動(dòng)力要求，又能節(jié)省能源，便需要在設(shè)備的實(shí)際使用過程中融入變頻技術(shù)。煤礦機(jī)電設(shè)備中的變頻技術(shù)主要是利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電流頻率間的同比增長(zhǎng)關(guān)系，以改變電流頻率的方式，對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行有效控制，其最終目的是提高電動(dòng)機(jī)的工作效率，并降低能耗。

2 變頻技術(shù)在煤礦多種機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用研究

1）變頻技術(shù)在井下提升系統(tǒng)中的應(yīng)用。煤礦采掘作業(yè)過程中，提升系統(tǒng)是不可獲取的重要組成部分之一，其主要作用是安全輸送作業(yè)人員和礦料到指定的位置。由于煤礦井下提升設(shè)備具有速度變化復(fù)雜、啟停頻繁等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的調(diào)速裝置電阻消耗較大，容易引起設(shè)備發(fā)熱，并且提升設(shè)備下降時(shí)還需要額外的制動(dòng)電源，這在一定程度上增大了電能消耗，也對(duì)作業(yè)安全構(gòu)成了一定的威脅。為了解決這些問題，可以將變頻技術(shù)引入到井下提升設(shè)備中，這樣一方面能夠使提升機(jī)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、安全加速和減速，另一方面還能增強(qiáng)設(shè)備本身的安全性能。同時(shí)還能減少電路中繼電器的使用數(shù)量，維修成本隨之顯著降低。大量的實(shí)踐表明，應(yīng)用變頻技術(shù)后，提升機(jī)的安全性大幅度提高，有效減少了機(jī)械設(shè)備的不必要磨損，大幅度延長(zhǎng)了設(shè)備的使用年限。

2）在排水泵中的應(yīng)用。在煤礦井下，排水泵肩負(fù)著排水的重要任務(wù)，其對(duì)于確保煤礦的安全生產(chǎn)意義重大。通常情況下，在雨季、修建新井、不同生產(chǎn)時(shí)期礦井的涌水量均不相同，而排水量的調(diào)節(jié)一般都是以實(shí)際涌水量為依據(jù)，并以最大涌水量確定排水泵型號(hào)。正因如此，使得排水泵常常會(huì)出現(xiàn)功率不足的情況，從而導(dǎo)致排水效果無法滿足實(shí)際需求，同時(shí)還造成了大量的電能浪費(fèi)。在礦井排水泵中應(yīng)用變頻技術(shù)，能夠使水泵的運(yùn)行頻率獲得極大程度地改善，還可根據(jù)井下實(shí)際涌水量調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，由此便可滿足排水要求，有效解決了因電動(dòng)機(jī)功率不足導(dǎo)致的各種問題。實(shí)踐表明，應(yīng)用變頻技術(shù)之后的排水泵，可節(jié)約30%左右的電能。

3）在采掘設(shè)備中的應(yīng)用。煤礦井下的采煤設(shè)備具有啟停頻繁的特點(diǎn)，從而要求變頻器應(yīng)當(dāng)能夠進(jìn)行四象限工作，這樣一來整流電路便可以借助變頻器將全波整流橋調(diào)整為可控整流橋。當(dāng)電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，四象限與兩象限的變頻器在工作上基本不存在差異，而當(dāng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，四象限變頻器中的逆變電路會(huì)隨之演變成整流電路，這有利于電機(jī)發(fā)出的電量更好地被電網(wǎng)利用。將四象限變頻調(diào)速器合理應(yīng)用于采煤機(jī)中，能夠使設(shè)備在較大范圍內(nèi)對(duì)傾角工作面進(jìn)行調(diào)節(jié)，并將牽引速度始終維持在一個(gè)水平線上，設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)滑車等情況，這種結(jié)構(gòu)不但簡(jiǎn)單，而且還易于操作。

4）在通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。煤礦井下的作業(yè)環(huán)境比較惡劣，既有瓦斯氣體，又有粉塵，所以通風(fēng)系統(tǒng)在煤礦井下具有至關(guān)重要的作用。通常情況下，進(jìn)行采掘作業(yè)的過程中，風(fēng)機(jī)需要始終保持運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這不但能夠?yàn)榫伦鳂I(yè)人員提供呼吸條件，而且還能排出各種有害氣體。現(xiàn)階段，隨著礦井采掘深度的不斷增加，風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的電能也越來越大，為了減低能耗，應(yīng)當(dāng)按照實(shí)際需要對(duì)風(fēng)機(jī)的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。變頻技術(shù)的應(yīng)用，可以對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行有效的控制，不但能夠降低設(shè)備負(fù)荷及能耗，還能降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，有利于延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)設(shè)備的使用壽命。

5）在皮帶輸送機(jī)中的應(yīng)用。在煤礦井下開采作業(yè)中，皮帶輸送機(jī)主要負(fù)責(zé)運(yùn)送煤炭。國(guó)內(nèi)大部分煤礦井下的皮帶輸送機(jī)采用的都是交流電動(dòng)機(jī)工頻拖動(dòng)，這種傳輸方式的效率相對(duì)較低，加之煤炭過多容易導(dǎo)致液壓耦合器損壞。將變頻技術(shù)應(yīng)用到皮帶輸送機(jī)之后，不但能夠節(jié)約電能，而且還能使設(shè)備具備軟啟動(dòng)動(dòng)能，有效減輕了皮帶傳輸過程的磨損，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。同時(shí)加裝變頻器后，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生出來的多余電力可輸送給電網(wǎng)，有效降低了輸送機(jī)的熱力損耗。

3 結(jié)論

總而言之，在煤礦實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)的同時(shí)，機(jī)電設(shè)備成為不可或缺的組成部分，變頻技術(shù)的應(yīng)用，不但能夠使機(jī)電設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)速度獲得控制，而且還能有效降低設(shè)備磨損，大幅度節(jié)約了維修成本，給企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在未來一段時(shí)期，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)變頻技術(shù)的研究力度，使其能夠更好地為煤礦生產(chǎn)服務(wù)。這對(duì)于促進(jìn)我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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作者簡(jiǎn)介

王軍（1981-），男，安徽肥東人，主要從事煤礦機(jī)電設(shè)備的研究。endprint