電力電子技術(shù)在煤礦企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

文/梁偉

電力資源于現(xiàn)代化礦井運(yùn)行中占據(jù)重要地位，礦井電能消耗中功耗占據(jù)較大比重，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)也于近幾年得以迅速發(fā)展。目前此技術(shù)已成為控制技術(shù)及電子技術(shù)等技術(shù)交叉的一項(xiàng)高新技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)對(duì)高新技術(shù)發(fā)展、能源節(jié)約及傳統(tǒng)工業(yè)改造均起到相應(yīng)推動(dòng)作用。因此，將此技術(shù)應(yīng)用至礦井現(xiàn)代化建設(shè)中具備重要意義。

1 電力電子技術(shù)概述及發(fā)展趨勢(shì)

1.1 電力電子技術(shù)概述

電力電子技術(shù)為創(chuàng)建于自動(dòng)控制、電工原理、電子學(xué)三項(xiàng)學(xué)科上的新興學(xué)科，因自身為大功率電技術(shù)，且于強(qiáng)電工業(yè)服務(wù)中得以大范圍應(yīng)用，所以，多將此學(xué)科歸為電工類(lèi)學(xué)科，電力電子電路、電力電子器件、電力電子裝置及系統(tǒng)等為電力電子技術(shù)主要內(nèi)容。半導(dǎo)體為電力電子器件基本材料，單晶硅為常用材料，半導(dǎo)體物理學(xué)為理論基礎(chǔ)，半導(dǎo)體器件工藝為主要工藝技術(shù)。同時(shí)，微電子學(xué)技術(shù)也于近代新型電力電子器件中得以廣泛應(yīng)用。電力電子電路以電子學(xué)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合電能轉(zhuǎn)換需求、器件特點(diǎn)，創(chuàng)造出眾多電能轉(zhuǎn)換電路。此部分電路中涵蓋多種信息處置、顯示、保護(hù)、觸發(fā)、控制、繼電接觸等二次電路、外圍電路。借助此部分電路，結(jié)合應(yīng)用對(duì)象差異，構(gòu)建適用于各種用途的整機(jī)，此類(lèi)整機(jī)被稱(chēng)作電力電子裝置。此部分裝置通常同配套設(shè)施及負(fù)載等構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。

1.2 電力電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

煤礦電力電子技術(shù)于國(guó)內(nèi)起步較晚，同發(fā)達(dá)國(guó)家相較而言，具備一定差距，國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段發(fā)展趨勢(shì)為研發(fā)具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心設(shè)施，將研發(fā)煤礦開(kāi)采技術(shù)、配套設(shè)施作為重點(diǎn)。此外，還應(yīng)創(chuàng)建計(jì)算機(jī)設(shè)備專(zhuān)家機(jī)制，為設(shè)備產(chǎn)品添設(shè)通訊功能，借此對(duì)綜合自動(dòng)化需求予以滿(mǎn)足，為降低礦井生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，還應(yīng)將煤礦機(jī)器人作為煤礦機(jī)電一體化技術(shù)研究重點(diǎn)。因電力電子技術(shù)具備適應(yīng)性較強(qiáng)、安全性較高及工作效率較高等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用至現(xiàn)階段煤礦生產(chǎn)中。將此技術(shù)引入至煤礦生產(chǎn)中，除可降低操作人員工作強(qiáng)度外，還可提升煤礦生產(chǎn)能力、生產(chǎn)水平，創(chuàng)造巨大社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，煤礦企業(yè)還可于礦井照明裝置中引入電力電子技術(shù)，如引進(jìn)高可靠性、低電磁污染、性能先進(jìn)且開(kāi)發(fā)成本較低的電子整流器，如高頻逆變式鎮(zhèn)流器，以此還可提升煤礦生產(chǎn)設(shè)備的節(jié)能程度。此外，還可推動(dòng)地面設(shè)施高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，如洗煤工藝程序中的風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮裝置、發(fā)電廠(chǎng)物料輸送、電機(jī)傳動(dòng)等均可引入變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益最大化。

2 電力電子技術(shù)在煤礦企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 輸送機(jī)的改造、應(yīng)用

輸送設(shè)備失效：現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)過(guò)程中，輸送帶作為重要輸送設(shè)施，對(duì)煤礦生產(chǎn)而言具備重要意義。輸送帶因脫離正常運(yùn)行軌道造成的局部磨損，接觸式清掃器同輸送帶間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)所造成的磨損，輸送帶、托輥間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)所造成的磨損、輸送矸石及大塊煤對(duì)輸送帶造成的磨損等均會(huì)導(dǎo)致輸送設(shè)備失效。煤礦企業(yè)于生產(chǎn)中可借助電力電子技術(shù)中所涵蓋的交流電機(jī)軟啟動(dòng)設(shè)施代替液壓聯(lián)軸節(jié)，通過(guò)交流變頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變速輸送物料工作。

2.2 采掘機(jī)械中的應(yīng)用

掘進(jìn)機(jī)械及采煤機(jī)械等大型裝置為煤礦生產(chǎn)中所使用重要機(jī)械，于煤礦生產(chǎn)中起到重要作用，也為實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)械化生產(chǎn)的重要步驟，但因此類(lèi)設(shè)施具備負(fù)荷變化較大及功率損耗較高等特點(diǎn)，造成電力資源大量浪費(fèi)，也同可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略不符。隨著電力電子技術(shù)不斷發(fā)展，技術(shù)水平不斷提升，現(xiàn)已于煤礦開(kāi)發(fā)中得以廣泛應(yīng)用。煤礦企業(yè)借助電牽引采煤機(jī)可對(duì)電機(jī)啟動(dòng)特征予以改善，此設(shè)施同液壓牽引采煤機(jī)相較而言，可靠性、效率及性能均優(yōu)于后者，所創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益也更高。

2.3 電機(jī)的調(diào)速轉(zhuǎn)動(dòng)

煤礦生產(chǎn)中電機(jī)耗能巨大，且多集中于采煤機(jī)、排水泵、提升裝置及通風(fēng)機(jī)等大型設(shè)備中，電耗較高。電機(jī)為感性負(fù)載，由于負(fù)載變化較大且功率因數(shù)較低，使得電機(jī)具備較大節(jié)能空間。對(duì)現(xiàn)有設(shè)施予以改造、引進(jìn)先進(jìn)節(jié)能設(shè)施為電機(jī)節(jié)能關(guān)鍵。現(xiàn)階段礦用提升裝置所運(yùn)行的交流電控系統(tǒng)除調(diào)速性能尚需改進(jìn)外，轉(zhuǎn)子所連接的加速電阻也會(huì)消耗部分電能，并且維修量較大。針對(duì)上述現(xiàn)象可選取變頻類(lèi)電機(jī)，將電力電子技術(shù)予以充分應(yīng)用，對(duì)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)功能予以轉(zhuǎn)變，提升水泵及風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，將投資成本、維修成本降至較低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排功效，推動(dòng)設(shè)備高水平更新，同時(shí)也可顯著提升經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 提升裝置的改造及應(yīng)用

國(guó)內(nèi)現(xiàn)代化礦井中多借助交-交高壓大功率變頻器對(duì)絞車(chē)?yán)谩㈤_(kāi)發(fā)予以控制，于礦井提升裝置中，可借鑒電梯領(lǐng)域逐漸實(shí)現(xiàn)交流變頻技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，不斷提高提升裝置的準(zhǔn)確性、適應(yīng)性、安全性，同時(shí)也可提升裝置的節(jié)能程度。但交-交變頻設(shè)置具備諧波大等特點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)造成較大干擾，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，功率因數(shù)較低，所需維修水平較高，全數(shù)字控制并未成熟。因此，今后發(fā)展方向應(yīng)選取不斷產(chǎn)生的高壓大功率變頻新產(chǎn)品。此外，也可選擇一類(lèi)借助低壓普通變頻裝置實(shí)現(xiàn)高壓繞線(xiàn)電機(jī)制動(dòng)、低頻拖動(dòng)方式。

3 結(jié)束語(yǔ)

煤炭資源于中國(guó)基礎(chǔ)能源中長(zhǎng)期占據(jù)主導(dǎo)位置，高效生產(chǎn)同經(jīng)濟(jì)建設(shè)間具備密切聯(lián)系，電子電子技術(shù)現(xiàn)已逐漸發(fā)展為控制技術(shù)、電子技術(shù)等度學(xué)科交叉高新技術(shù)。因此，現(xiàn)代煤炭企業(yè)應(yīng)積極引進(jìn)各項(xiàng)先進(jìn)高新技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)煤礦產(chǎn)業(yè)予以改造，提升煤礦產(chǎn)業(yè)機(jī)械化程度。此外，將電力電子技術(shù)應(yīng)用至煤礦生產(chǎn)中還可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。