變頻技術在煤礦機電設備中的應用

趙春茂

摘 要：隨著我國經濟的持續高速發展，我國對煤炭的需求量與日俱增，尤其是在電能生產企業，為了提高我國煤炭生產的產能，各種煤礦企業也開足了馬力進行生產。在煤礦生產環節中，提升運輸機、井下通風設備、井下排水設備以及瓦斯排放設備都離不開大型電動機。這些設備能否正常運行直接關系著煤礦生產的安全，其運行效率高低直接關系著企業的經濟效益。這些設備所用到的電機在過去都使用定頻供電，電機的轉速不能根據生產需要進行實時調整，因此它們的工作效率普遍不高，在啟停階段還會給設備帶來額外的沖擊，非常容易對設備造成損傷，給企業生產帶來安全隱患。變頻技術的出現極大地改變了這一情況，不僅降低了設備的能源消耗，還給設備運行帶來了額外的好處，本文對該技術在煤礦機電設備中的應用進行簡單介紹，希望對推廣該技術在煤礦企業中的應用可以起到積極作用。

關鍵詞：變頻器 節能 機電設備

中圖分類號：TD63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0098-02

隨著近些年來自動化技術、電子半導體技術、智能微控制技術的不斷發展，煤礦機電設備的技術也得到了很大的提高。煤礦生產企業主要是借助大型煤炭機電設備來進行生產的，它們每天要消耗大量的電能，其中大部分的電能是原動機也就是電動機消耗的。傳統的電動機供電屬于定頻供電，電機的轉速變化不能隨意調節，因此其運行效率并不高，還會在電動機啟停環節給設備帶來額外的沖擊，降低設備使用的安全性。變頻技術的產生很好地解決了這些問題，不僅提高了電動機的使用效率，為國家節省了寶貴的電能，還使設備的運行更加柔性，使設備工作更加平穩，延長了設備的使用壽命，增加了設備在使用過程中的安全性。筆者將在本文中就變頻技術在煤礦機電設備的具體應用進行詳細討論，希望對促進該技術的進一步推廣可以起到幫助作用。

1 變頻技術簡要介紹

在煤礦企業進行生產過程中，各種機電設備通常并沒有運行在額定使用負荷上，如果采用常規的對電動機進行定頻供電，不僅造成設備的運行速度不好調整，還會造成大量電能浪費。變頻技術是融合交流電機控制技術、現代電力電子控制技術、微控制技術等的綜合技術。它利用微控制芯片對各種電力電子開關管進行通斷控制，達到對工頻電源供電進行變頻，它依靠可以控制頻率的交流電源，來對交流電動機的轉速進行控制。這是利用了電機的轉速與供電頻率成正比的原理，實現對電機轉速的控制。通過變頻技術可以實現電機在一定范圍內的無級調速，大大增加了電機工作的平穩性，可以根據工作需要通過改變電機的轉速來控制電機的輸出功率，在運行設備并不需要那么高的輸出功率時，可以方便地進行功率調節，避免了常規電機控制造成的大量電能的浪費。變頻設備通常由整流模塊、直流模塊、逆變模塊、微控制模塊構成，各個部分缺一不可，它們協同工作將工頻電源轉化成頻率可調的供電電源。

2 變頻技術在煤礦企業生產中的重要性

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，且煤炭資源的開采難度也是越來越高，各個煤炭生產企業之間的競爭也是越來越厲害。隨著用工成本的不斷提升，各個煤炭企業的生產效益也大不如前，如何更進一步地降低能源消耗、提升能源利用效率是關乎企業生死存亡的大問題。煤礦機電設備高效利用變頻技術，是提升企業生產效益，為企業節省資金的重要舉措。煤礦生產企業有超過7成的用電是被各種機電設備中的電動機消耗掉的，因此利用變頻技術對機電設備所用電動機進行供電，可以有效降低企業的用電消耗，每年可以為煤礦生產企業節省大量的資金，而且其應用還會使設備的運行更加平穩，大大增加機電設備運行的可靠性，這對提升煤礦企業的生產安全具有十分重要的作用。筆者將在下文中對煤礦企業主要使用機電設備應用變頻技術的情況進行簡要說明。

3 變頻技術在煤礦企業主要生產機電設備上的應用

提升運輸機是煤礦生產企業生產中所用到的核心設備，它的主要任務是負責將人和礦料運輸到指定地點。煤礦提升機通常有復雜的啟停控制單元，傳統的運輸機調速是用在電機回路中串入電阻降低電動機電流來實現調速的，可以根據要求轉速的不同來串入不同的電阻。這種調速方法，不能實現電機的無極調速，電機在調速過程中會出現轉速突變，非常容易造成該設備各零部件之間產生沖擊，降低運輸機的使用壽命，如果沖擊過大還會直接造成零部件的損壞，大大降低了運輸機運行的安全性，而且串入的電阻還要消耗很多的電能，讓很多電能轉化成熱能，白白地浪費掉。將變頻技術引入到傳輸機后，很容易實現傳輸機電機的平穩調速，使運輸機工作過程更加平穩，將運輸機啟停過程中的沖擊降到最低。傳統的運輸機的運輸速度是很難進行調整的，而利用變頻技術后，可以利用PLC控制模塊很容易實現對變頻單元的調速規律進行修改，使傳輸機很容易滿足生產中的調速要求。由于省去了額外串接的電阻，因此就大大節省了電能的消耗，由于傳輸機運行的更加平穩，使得傳輸機械的故障率變得更低，大大延長了它的使用壽命，間接為企業節省了資金。

皮帶機也是煤礦生產企業用來運輸礦料的重要機電設備，其是靠電動機帶動皮帶來達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運動的，為了降低電機突然啟停所造成的皮帶打滑現象，傳統的皮帶機是依靠液力耦合器來實現皮帶機的軟起動的，這會大大增加電機的啟動電流，不僅會影響電機的使用壽命，還不能完全避免皮帶的打滑現象，容易造成皮帶發熱加速老化。變頻技術的引用會使皮帶機以非常低的加速度開始加速，大大增加了皮帶機啟動的平穩性，不會產生傳統技術帶來的電動機大電流啟動現象，有效增加了電動機和皮帶的使用壽命，同時也節省了大量的電能，降低了企業對其維護的成本。

通風機是煤礦生產企業要用到的生命保障設備，其運行正常與否直接關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。隨著礦井的不斷挖掘，對通風量的需求也是不斷增加，傳統的電機控制方法沒有辦法直接對風機進行調速，如果要增加通風量必須要重新購買新設備，這將花費企業大量的資金，應用變頻技術后，它可以根據實際工作需要，來實現對通風量的實時調整，為企業省去很多電能消耗，同時在應用變頻技術后，也同樣避免了風機在啟停過程中的沖擊，大大延長了風機的使用壽命，使井下的生命安全得到了更大的保證。

采煤機與其他機電設備一樣，必須要經歷頻繁的啟停環節，在應用變頻技術后，使其工作更加平穩，能根據實際工作需要，實時對牽引速度進行調整，使其工作效率變得更高、更加節能，能有效避免其工作中出現的溜坡、打滑現象，還使操作更容易控制，操控更加精準。

4 結語

變頻技術是高新技術的產物，它的誕生極大地方便了對交流電動機的調速控制，在我國工業領域已經有了比較大規模的應用，但是在煤礦機電設備中的應用還稍顯不足。很多煤礦機電設備都有頻繁的啟停環節，而且有很多設備都有調速要求。變頻技術的引入可以很好地解決這些問題，不僅給企業節省了很多的電能消耗，還使設備運行得更加平穩，大大延長了設備的使用壽命。我國煤礦機電設備生產企業應該逐步加大對變頻技術的利用力度，使其為我國的煤礦生產做出更大的貢獻。

參考文獻

[1] 童小華，王高海.淺析礦山機電設備變頻控制技術[J].科教縱橫，2012（5）：268-269.

[2] 劉瑞國，孫玉霞，劉芒果.變頻調速技術在煤礦固定設備中的應用[J].煤礦機械，2005（9）：130-132.

[3] 韓三彩.高壓變頻器在煤礦主通風機設備上的應用[J].能源與節能，2015（9）：146-147.

[4] 岳慶來.變頻器、可編程控制器及觸摸屏綜合應用技術[M].北京：機械工業出版社，2008.