煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究

張 倩

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南三門峽 472000）

0 引言

隨著社會(huì)科技發(fā)展，安全節(jié)約生態(tài)理念的提出，對(duì)傳統(tǒng)煤礦行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展提出了較高要求，尤其是一些存在更多安全隱患的小型煤礦企業(yè)，如何在生存環(huán)境日益復(fù)雜的前景下突破創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型式發(fā)展，有效降低企業(yè)生產(chǎn)中存在的能耗問(wèn)題，提高煤礦行業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率。實(shí)踐證明切實(shí)提高變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用水平，會(huì)取得顯著成果，因此對(duì)變頻技能技術(shù)在煤礦行業(yè)中的應(yīng)用研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 變頻節(jié)能技術(shù)

1.1 變頻節(jié)能技術(shù)簡(jiǎn)介

對(duì)于這一概念的簡(jiǎn)單理解就是指變頻節(jié)能利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，這種裝置有利于將原本設(shè)置的固定頻率調(diào)整為用戶實(shí)際所需的頻率，通過(guò)這一操作從而達(dá)到降低設(shè)備運(yùn)行中所需能耗的目的。該項(xiàng)技術(shù)中的核心裝置就是變頻器，分別由控制部分、逆變器、中間直流部分和整流晶閘管等4 部分組成。由于煤礦行業(yè)中的煤礦機(jī)電設(shè)備各電機(jī)因?qū)嶋H負(fù)載的任務(wù)不同而發(fā)生頻率之間的相互轉(zhuǎn)化，因此通過(guò)安裝變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的頻率的調(diào)節(jié)控制，極大的減少不必要能源的消耗，同時(shí)還可以減少電機(jī)損耗問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)備性能的良好優(yōu)化。

1.2 變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用原理

變頻器在實(shí)際起作用的工作中，其中的交流工頻電源借助整流器就可以將電壓、頻率不可調(diào)節(jié)的交流電而直接轉(zhuǎn)化為直流電，在此之后在一系列運(yùn)行指令的實(shí)際控制之下，達(dá)到對(duì)電源頻率以及幅值實(shí)現(xiàn)控制，在此基礎(chǔ)之上借助逆變器將直流電有效轉(zhuǎn)化為煤礦電機(jī)工作時(shí)所需要的電壓和頻率可以進(jìn)行調(diào)節(jié)的交流電開(kāi)始工作。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了最大限度的保障輸出電流的安全可靠性，建議在變頻器上安裝一些如噪聲消除器或是自動(dòng)性的空氣開(kāi)關(guān)等輔助設(shè)備。

2 煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用分析

變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用的主要功能就是可以有效降低設(shè)備運(yùn)行中所需的能源消耗，同時(shí)達(dá)到對(duì)運(yùn)行設(shè)備的保護(hù)效果。因此這一技術(shù)在各種工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)中獲得了大力的普及與應(yīng)用，對(duì)促進(jìn)煤炭行業(yè)的發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)的重要意義。

2.1 變頻節(jié)能技術(shù)在泵方面的應(yīng)用

煤礦企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，一般都是采用通過(guò)對(duì)網(wǎng)管閘閥的開(kāi)合度調(diào)節(jié)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)中所需的水泵流量的控制，這一操作方式的主要目的就是泵的實(shí)際轉(zhuǎn)速固定不變的情況下，對(duì)水流量的控制也是一定的。針對(duì)這種情況煤礦中的水泵電機(jī)實(shí)際上還是處于不斷的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，長(zhǎng)期以往這是一種非常不經(jīng)濟(jì)的方式，如果將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在機(jī)電水泵中，結(jié)合水泵的流量大小來(lái)達(dá)到對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的合理調(diào)控，達(dá)到節(jié)能降耗的目的不失為一種理想的手段。結(jié)合煤炭行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)情況看，煤礦上所使用的都是大功率水泵，同時(shí)使用的水泵數(shù)量也多，因此在這項(xiàng)機(jī)電設(shè)備中引入變頻節(jié)能技術(shù)，對(duì)于煤礦企業(yè)的發(fā)展有著顯著的優(yōu)勢(shì)效果。

2.2 變頻節(jié)能技術(shù)在皮帶傳輸中的應(yīng)用

皮帶傳輸系統(tǒng)可以說(shuō)是煤礦行業(yè)中功率較大的生產(chǎn)設(shè)備了，因此它的啟動(dòng)工作就需要消耗大量的能耗，它的實(shí)際工作原理是指借助電機(jī)發(fā)動(dòng)的產(chǎn)生牽引皮帶運(yùn)輸，從而實(shí)現(xiàn)皮帶可以將指定的挖掘材料運(yùn)輸?shù)揭欢ǖ哪康牡兀@一過(guò)程的實(shí)現(xiàn)皮帶的運(yùn)轉(zhuǎn)所需的摩擦力是極大的，因此需要電機(jī)產(chǎn)生足夠強(qiáng)大的電流，其耗電量之高可想而知。我國(guó)現(xiàn)階段所采用的皮帶機(jī)都是利用液力機(jī)來(lái)促動(dòng)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)的，由于液力機(jī)在啟動(dòng)的時(shí)候需要極大的電流量，可能會(huì)引起生產(chǎn)系統(tǒng)的電路的整個(gè)變化，對(duì)于其他運(yùn)行中的生產(chǎn)設(shè)備有影響，如果出現(xiàn)經(jīng)常性的這種狀況，非常容易影響設(shè)備的使用年限，生產(chǎn)的安全性也會(huì)大打折扣，針對(duì)這種情況非常有必要在該生產(chǎn)系統(tǒng)中引入變頻節(jié)能技術(shù)，專業(yè)性的幫助煤礦皮帶實(shí)施電力啟動(dòng)，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，不僅有效節(jié)約了電量，同時(shí)還確保整個(gè)煤礦生產(chǎn)設(shè)備的安全性，減少生產(chǎn)設(shè)備的維修次數(shù)以及緩減生產(chǎn)設(shè)備的老化問(wèn)題。著力提升煤礦行業(yè)安全生產(chǎn)效益。以某煤礦使用的2×315 kW 的電機(jī)帶動(dòng)煤礦運(yùn)輸皮帶的系統(tǒng)為例，該煤礦于2015年3月開(kāi)始將變頻節(jié)能技術(shù)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)上，為此在變頻器的控制范圍之內(nèi)，整個(gè)煤礦的皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)可以輕松地在（0～50）Hz 任意頻率工作。這種方式下的工作效率與以往始終在工頻運(yùn)行情況下對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用變頻節(jié)能技術(shù)為煤礦企業(yè)的發(fā)展帶來(lái)顯著效益，在皮帶電機(jī)額定功率2×315 kW；皮帶電機(jī)的效率是96%；礦用變頻器的效率是96.5%，基于以上數(shù)值的基礎(chǔ)上，假設(shè)該煤礦的皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的年運(yùn)行時(shí)間是200 d，同時(shí)按照該每天生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行24 h計(jì)算的話。根據(jù)這些數(shù)值就可以估算出該煤礦的皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)在不同狀態(tài)下運(yùn)行所需的實(shí)際耗電情況。表1 中的節(jié)電量為與工頻耗電量相比所節(jié)約出的實(shí)際電量。

表1 不同運(yùn)行頻率下的耗電量與節(jié)電量

2.3 變頻技能技術(shù)在采煤機(jī)上的應(yīng)用

目前，我國(guó)四象限運(yùn)行的回饋型交流變頻采煤技術(shù)已經(jīng)處于世界上較為先進(jìn)階段，整個(gè)煤礦企業(yè)的采煤機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)由原先的一拖二發(fā)展到現(xiàn)階段的一拖一結(jié)果，一般國(guó)產(chǎn)的采煤機(jī)其功率最大的都是在220 kW，380 V 的變頻器壓完全可以確保采煤機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下實(shí)施快速的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)采煤機(jī)的運(yùn)行情況也會(huì)非常穩(wěn)定，智能化的選擇所需的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，這種自行的調(diào)節(jié)功能即使在機(jī)器熄火不運(yùn)行的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)滑車的情況。這種安全系數(shù)高，自動(dòng)化靈活性較強(qiáng)的操作，極大的減輕了人力資源的浪費(fèi)，很好的提高生產(chǎn)效率。

2.4 變頻節(jié)能技術(shù)在提升機(jī)中的應(yīng)用

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，提升機(jī)是一項(xiàng)非常重要的機(jī)器設(shè)備，以往傳統(tǒng)的提升機(jī)都是在電機(jī)中接入一部分的金屬的電阻，以此方法來(lái)達(dá)到對(duì)提升機(jī)調(diào)速的目的，這種傳統(tǒng)調(diào)速方式存在著較多問(wèn)題需要注意，一方面是存在安全隱患；另一方面是耗電量大。但是將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在煤礦提升機(jī)工作系統(tǒng)中，可以有效減少很多傳統(tǒng)提升機(jī)存在的不利因素，精確的控制機(jī)電體系中各種線路之間的關(guān)系，提升電機(jī)運(yùn)行安全運(yùn)行速度和平穩(wěn)運(yùn)行，減少線路損耗與故障維修次數(shù)，更為重要的是對(duì)保障煤礦生產(chǎn)行業(yè)的工作人員重要作用，所以說(shuō)相對(duì)于以往傳統(tǒng)提升機(jī)工作實(shí)效有著非比尋常的先進(jìn)性。

2.5 變頻節(jié)能技術(shù)在通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

在煤礦開(kāi)采挖掘中，為了確保井下工作人員的正常作業(yè)，煤礦通風(fēng)機(jī)的重要性是不言而喻的，通風(fēng)機(jī)可以說(shuō)是煤礦生產(chǎn)的重要呼吸系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，威脅井下工作人員的人身安全，對(duì)煤礦企業(yè)造成的損失是不可估量的。現(xiàn)代化工業(yè)的生產(chǎn)對(duì)煤礦通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，而通風(fēng)機(jī)的工作原理與之前所述的皮帶工作原理有其相似之處，都需要較大的電壓電流，因此變頻節(jié)能技術(shù)的引入，在煤礦通風(fēng)機(jī)的使用過(guò)程中會(huì)減少對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的電力運(yùn)行沖擊，降低能耗的同時(shí)通風(fēng)機(jī)的使用應(yīng)有使用年限也將得以保障，還有效節(jié)約了煤礦開(kāi)采的所需成本。

3 變頻節(jié)能技術(shù)的未來(lái)發(fā)展

深入調(diào)查煤礦井下坍塌事故會(huì)發(fā)現(xiàn)，大部分是因煤礦生產(chǎn)設(shè)備使用不當(dāng)，或煤礦企業(yè)存在不合格生產(chǎn)資質(zhì)。因此國(guó)家對(duì)煤礦行業(yè)的生產(chǎn)從各個(gè)方面開(kāi)始大力度的整頓，兼并重組，大力度的淘汰一些不合格、無(wú)資質(zhì)的小煤炭企業(yè)，在煤炭行業(yè)引進(jìn)新技術(shù)新設(shè)備。在煤礦行業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)重要部件適時(shí)引入變頻節(jié)能技術(shù)如皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)，提升機(jī)，煤礦開(kāi)采機(jī)等。提升其生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量，提高企業(yè)發(fā)展效益。隨著新時(shí)代科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，新的變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的范圍越來(lái)越大，從20 世紀(jì)80年代人們不斷開(kāi)發(fā)創(chuàng)新出PWM 智能模塊，該種模塊切實(shí)提高了變頻的功率，功率的增強(qiáng)對(duì)于穩(wěn)定煤礦生產(chǎn)設(shè)備穩(wěn)定性有著較大作用。另一方面就現(xiàn)階段而言，我國(guó)的變頻器應(yīng)用技術(shù)也處于世界先進(jìn)水平，變頻器所以實(shí)現(xiàn)控制功能，主要是因?qū)κЯ颗c轉(zhuǎn)矩兩者關(guān)系之間的控制。在此基礎(chǔ)上關(guān)于對(duì)變頻器的應(yīng)用相關(guān)技術(shù)也可以通過(guò)對(duì)相關(guān)理論的查詢了解到，較為知名的理論主要有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論，模糊自動(dòng)化理論，等等。我國(guó)的變頻節(jié)能技術(shù)，早已從以往的單片機(jī)處理方式實(shí)現(xiàn)為當(dāng)下先進(jìn)的編程控制方式。未來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻節(jié)能這一技術(shù)在煤礦機(jī)電中的應(yīng)用前景將會(huì)起著重大作用。

4 總結(jié)

現(xiàn)在的煤礦行業(yè)發(fā)展與傳統(tǒng)以往的煤礦行業(yè)有著重大的不同，人們?cè)絹?lái)越多的開(kāi)始關(guān)注煤礦開(kāi)采中的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，生產(chǎn)安全問(wèn)題等，因此煤礦行業(yè)的發(fā)展面臨著嚴(yán)重的發(fā)展形式。以加強(qiáng)變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦開(kāi)采機(jī)電中的有效應(yīng)用為主要研究方向，實(shí)現(xiàn)煤礦行業(yè)的節(jié)能減排式發(fā)展，確保煤礦生產(chǎn)環(huán)境效益的同時(shí)，為企業(yè)發(fā)展帶來(lái)更為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。