變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

摘 要：煤礦機(jī)電設(shè)備是煤礦生產(chǎn)中必不可少的機(jī)械設(shè)備的集合，其包括各種大型設(shè)備以及中小型設(shè)備，能夠滿足井下提升、采礦、運(yùn)輸以及選擇等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的客觀要求。本文立足于變頻技術(shù)的技術(shù)特征，首先介紹了變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，其次對(duì)變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用原則進(jìn)行了探討，并就變頻技術(shù)應(yīng)用于變頻技術(shù)的改善策略進(jìn)行了解析，旨在為有效提升變頻技術(shù)的應(yīng)用效果、改善生產(chǎn)環(huán)境提供參考，為促進(jìn)行業(yè)的可持續(xù)性與健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù);煤礦機(jī)電設(shè)備;應(yīng)用策略

中圖分類號(hào)：TD60 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）07-0171-02

自動(dòng)化控制以及變頻控制逐漸成為現(xiàn)代工業(yè)中必不可少的應(yīng)用要素。變頻控制技術(shù)不但可以實(shí)現(xiàn)資源能源的節(jié)約，還可以有有效降低污染影響，從而滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的各方面要求。煤炭企業(yè)生產(chǎn)的特征決定了其應(yīng)用變頻技術(shù)需要考慮的因素較多，不但設(shè)備的種類多、類型復(fù)雜，對(duì)于電能的消耗要求也各不相同。為了進(jìn)一步滿足變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用要求，現(xiàn)就變頻技術(shù)的技術(shù)定義與基本原理分析如下。

1 變頻技術(shù)概述

1.1 技術(shù)定義

變頻控制技術(shù)是一種經(jīng)過(guò)頻率電源復(fù)雜轉(zhuǎn)換為另外一種頻率電源的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中主要借助于微機(jī)技術(shù)以及電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了弱電之間的科學(xué)轉(zhuǎn)換。該過(guò)程不但可以完成直流電源之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)整，同時(shí)也能夠借助于整流橋進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)化，借助于逆變器來(lái)滿足頻率調(diào)整的客觀要求。在電壓調(diào)整過(guò)程中，交流電壓作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，從而滿足無(wú)極調(diào)速的電壓、電流要求，這也是現(xiàn)階段最為有效的無(wú)附加轉(zhuǎn)差調(diào)速模式。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也逐漸體現(xiàn)出來(lái)，不但可以滿足多方面的生產(chǎn)要求，同樣可以節(jié)約大量的電費(fèi)成本。新時(shí)期，隨著變頻技術(shù)的應(yīng)用，在調(diào)速、控制理論、整體功能等方面均得到了改善，現(xiàn)階段智能化模塊的應(yīng)用提升了技術(shù)的整體綜合性，也使得人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論得以應(yīng)用于變頻技術(shù)，促進(jìn)了技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展。

1.2 技術(shù)原理

變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，其主要采取了三相交流電源來(lái)作為電源系統(tǒng)，保障機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。盡管如此，三相交流電源運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)受到外部因素的影響而出現(xiàn)干擾因素，這也使得機(jī)電設(shè)備的電力半導(dǎo)體應(yīng)用過(guò)程中受到各種影響。所以，為了保障機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行水平，需要借助于變頻技術(shù)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整與調(diào)節(jié)，滿足機(jī)電設(shè)備的各方面參數(shù)。傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中其交流電的頻率是相對(duì)固定的，無(wú)法進(jìn)行調(diào)整，所以整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中效率是固定的，如果是低負(fù)載運(yùn)行條件下，往往會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模的能量損失。通過(guò)變頻技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)C(jī)電設(shè)備進(jìn)行改善，從而滿足變頻設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境要求，使得整個(gè)機(jī)電設(shè)備的工作性能得到改善?，F(xiàn)階段，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍得到了擴(kuò)充，從而促進(jìn)了各行各業(yè)的發(fā)展[1]。

2 變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用現(xiàn)狀

變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用廣泛，主要體現(xiàn)在普遍變頻器以及設(shè)備改造兩個(gè)領(lǐng)域，分別介紹如下。

2.1 普通變頻器應(yīng)用

作為一個(gè)煤礦資源豐富的國(guó)家，我國(guó)十分重視煤礦行業(yè)的發(fā)展，這也使得煤礦生產(chǎn)的效益得到了穩(wěn)步的提升。變頻技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用，主要以普通變頻器為主。該模式能夠滿足機(jī)電設(shè)備的頻率調(diào)整要求，在滿足基本生產(chǎn)負(fù)荷的基礎(chǔ)上，對(duì)功率進(jìn)行調(diào)整，可以避免低負(fù)荷條件下高負(fù)載生產(chǎn)，從而減輕了電能的要求，同時(shí)也可以緩解生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)壓力，同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)效益與設(shè)備的使用壽命等多個(gè)方面的條件。借助于變頻驅(qū)動(dòng)方案來(lái)進(jìn)行變頻技術(shù)的應(yīng)用，可以改善使用功能，滿足煤礦生產(chǎn)的相關(guān)要求。隨著時(shí)代的進(jìn)步與發(fā)展，各種科學(xué)技術(shù)層出不窮，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)電設(shè)備的完美匹配，為促進(jìn)我國(guó)煤礦行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。

2.2 設(shè)備改造應(yīng)用

設(shè)備改造也是變頻技術(shù)應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備的重要方式。比如說(shuō)某企業(yè)選擇順槽膠帶輸送機(jī)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，升級(jí)改造前，該設(shè)備的驅(qū)動(dòng)力為額定3×160kW，隨著工作量的持續(xù)增加，過(guò)去的膠帶機(jī)已經(jīng)達(dá)不到生產(chǎn)的要求，在不更換設(shè)備的前提下對(duì)其進(jìn)行升級(jí)調(diào)整，使得使用功能得以延伸。升級(jí)改造后，運(yùn)輸?shù)拈L(zhǎng)度得到了調(diào)整，運(yùn)輸過(guò)程中的阻力增加，整體的功率改善明顯?？紤]到皮帶機(jī)的使用壽命以及減速器、電機(jī)的結(jié)構(gòu)類型，可能會(huì)出現(xiàn)工作過(guò)程中磨損嚴(yán)重問(wèn)題。經(jīng)過(guò)技術(shù)調(diào)整與分析，對(duì)其進(jìn)行變頻技術(shù)改造。主要的改造原理基于變頻調(diào)速箱原理，該技術(shù)采用交變、直流、交變無(wú)速傳感控制技術(shù)，根據(jù)相關(guān)技術(shù)條件來(lái)對(duì)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)值進(jìn)行調(diào)試，在滿足提升機(jī)輸出功率要求的前提下，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)供電的目標(biāo)，不但節(jié)約了大量的電能，而且可以借助于安全回路的啟動(dòng)按鈕進(jìn)行隨時(shí)調(diào)控，提升了設(shè)備應(yīng)用的安全性。

3 變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用原則

3.1 嚴(yán)格遵從具體的使用條件

變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，變頻器作為變頻技術(shù)的主要實(shí)現(xiàn)方式，其具有可操作性強(qiáng)、工作效率高等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也可以滿足能源節(jié)約的要求。盡管如此，由于煤礦機(jī)電設(shè)備大多數(shù)都屬于大型設(shè)備，所以在變頻器的使用過(guò)程中，需要切實(shí)考慮到變頻控制的必要性，對(duì)改造過(guò)程中的電容量、加速減速時(shí)間以及電壓等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試與匹配，這樣才能夠滿足具體生產(chǎn)的要求，提升變頻技術(shù)的應(yīng)用效果[2]。

3.2 選擇合適的負(fù)載匹配模式

不同類型的機(jī)電設(shè)備在負(fù)載能力與要求上也存在不小的差異。在煤礦機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用變頻技術(shù)，需要綜合考慮到各種不同類型的電動(dòng)機(jī)設(shè)備以及變頻器設(shè)備，做好設(shè)備改造工作。比如說(shuō)，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載可以選擇轉(zhuǎn)矩恒定以及時(shí)間相對(duì)比較穩(wěn)定的變頻設(shè)備;風(fēng)機(jī)泵則主要在負(fù)載工作過(guò)程中應(yīng)用，該技術(shù)具有性價(jià)比高、技術(shù)穩(wěn)定等特征，同時(shí)也能夠適應(yīng)輸出值精準(zhǔn)的設(shè)備。另外，對(duì)于一些功率恒定且操作要求較高的設(shè)備，需要進(jìn)行單獨(dú)匹配設(shè)備，才能夠發(fā)揮出變頻技術(shù)的整體性能。

3.3 安裝、使用需要符合操作規(guī)范化要求

變頻技術(shù)本身屬于提升穩(wěn)定性的技術(shù)，所以在應(yīng)用過(guò)程中一定要做好安裝、操作匹配工作，達(dá)到相關(guān)操作標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范化要求，否則將影響操作的效果。安裝過(guò)程中，操作人員切忌將設(shè)備置于空氣濕潤(rùn)或者環(huán)境惡劣的區(qū)域，否則可能會(huì)導(dǎo)致變頻設(shè)備損壞。另外，振幅較高、頻率變動(dòng)較大的區(qū)域可能也會(huì)對(duì)變頻設(shè)備的正常使用帶來(lái)負(fù)面的影響，所以需要對(duì)頻率進(jìn)行合理的控制。一般來(lái)說(shuō)，海拔的高度在1km以下且溫度不低于零下10℃時(shí)，變頻設(shè)備都可以完成相應(yīng)的操作要求，但是超出這些數(shù)值后，需要進(jìn)行科學(xué)防護(hù)，否則將影響變頻技術(shù)的合理應(yīng)用[3]。

4 變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用策略

變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中具有廣闊的應(yīng)用前景，主要集中于如下幾個(gè)方面。

4.1 采煤機(jī)中變頻技術(shù)的應(yīng)用

采煤工作具有環(huán)境復(fù)雜的特征，在復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境當(dāng)中，兩象限的變頻調(diào)速設(shè)備往往達(dá)不到預(yù)期的生產(chǎn)要求。我國(guó)傳統(tǒng)的采煤生產(chǎn)活動(dòng)中主要面對(duì)傳統(tǒng)工藝技術(shù)穩(wěn)定性不足等問(wèn)題，盡管近些年來(lái)隨著變頻技術(shù)的應(yīng)用得到了一定程度的改善，但是依然有較大的調(diào)整發(fā)展空間。現(xiàn)階段我國(guó)的采煤機(jī)行走功率為220kW，采用新工藝可以在滿足不改變牽引速率的要求下實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。該工藝技術(shù)術(shù)語(yǔ)四象限交流變頻技術(shù)，是一種基于傳統(tǒng)技術(shù)并整合多種科學(xué)技術(shù)后實(shí)現(xiàn)自由頻率轉(zhuǎn)變的技術(shù)，能夠顯著改善采煤設(shè)備的運(yùn)行水平，促進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

4.2 通風(fēng)機(jī)中變頻技術(shù)的應(yīng)用

通風(fēng)設(shè)備在煤礦生產(chǎn)中具有重要的意義，也是直接關(guān)系到井下安全的設(shè)備。傳統(tǒng)的通風(fēng)設(shè)備在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)風(fēng)壓不好控制的問(wèn)題，通風(fēng)機(jī)的功率出現(xiàn)問(wèn)題后，設(shè)備的壽命也會(huì)受到影響。借助于變頻技術(shù)的應(yīng)用，一方面可以延長(zhǎng)設(shè)備壽命，降低維修的概率，另外一方面則是可以滿足通風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際要求，達(dá)到電力節(jié)約、操作步驟簡(jiǎn)化的目標(biāo)。

4.3 皮帶機(jī)中變頻技術(shù)的應(yīng)用

皮帶機(jī)屬于煤礦生產(chǎn)中的必備運(yùn)輸設(shè)備，其功能類型與提升機(jī)類似。傳統(tǒng)的啟動(dòng)皮帶機(jī)主要借助于轉(zhuǎn)子串接的模式，其電阻會(huì)影響啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩以及空載，導(dǎo)致啟動(dòng)電流較大的問(wèn)題，容易給電網(wǎng)帶來(lái)波動(dòng)沖擊。除此之外，較大的電流也會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)備的壽命產(chǎn)生不良影響。經(jīng)過(guò)技術(shù)整合后，不但可以避免上述弊端的發(fā)生，同時(shí)也可以節(jié)約大量的成本。

4.4 空壓機(jī)中變頻技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)空壓機(jī)啟動(dòng)中，多采用直接啟動(dòng)的方式，或者是用轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)的方法，這兩種啟動(dòng)方法存在著一定的缺陷，使空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生大電流，對(duì)機(jī)電設(shè)備造成了一定的損害，降低了設(shè)備的利用率。將變頻技術(shù)利用到設(shè)備的啟動(dòng)上，就會(huì)減少啟動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備的損害，從而延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

4.5 提升機(jī)中變頻技術(shù)的應(yīng)用

提升機(jī)屬于常用運(yùn)輸設(shè)備，可以用于解決運(yùn)輸問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的提升設(shè)備存在能耗高、電控精準(zhǔn)度差等問(wèn)題，另外還存在容易損壞等問(wèn)題。上述問(wèn)題的直接結(jié)果就是安全系數(shù)較低，使用穩(wěn)定性得不到保障，無(wú)法滿足基本使用要求。借助于變頻技術(shù)，則可以改善大部分問(wèn)題，提升技術(shù)的應(yīng)用效果。

4.6 水泵中變頻技術(shù)的應(yīng)用

水泵屬于施工場(chǎng)地機(jī)械能、電能轉(zhuǎn)化設(shè)備，能夠滿足井下生產(chǎn)的實(shí)際需求。但是，在實(shí)際使用過(guò)程中，水泵故障的問(wèn)題頻發(fā)，不但影響正常施工，還給井下生存環(huán)境帶來(lái)了壓力和威脅。通過(guò)變頻技術(shù)的應(yīng)用，能夠改善設(shè)備的使用環(huán)境，提升使用壽命，同樣也可以實(shí)現(xiàn)電損最低化，使得電動(dòng)機(jī)、水流設(shè)備的運(yùn)作水平提升，更好地適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)空間。根據(jù)技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀與基本原則，需要進(jìn)一步做好規(guī)范化的操作與匹配，提升操作的規(guī)范化、制度化，并逐步調(diào)整好采煤機(jī)、通風(fēng)機(jī)、皮帶機(jī)以及水泵、絞車等設(shè)備中的變頻技術(shù)應(yīng)用策略，提升變頻技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，為行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展提供新的技術(shù)思路，從而促進(jìn)煤礦行業(yè)的穩(wěn)定高速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔瑾.變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用[J].陜西煤炭，

2020，39（3）：187-189.

[2] 趙海鴻.變頻技術(shù)在現(xiàn)代煤礦機(jī)電工程中的應(yīng)用實(shí)踐[J].中國(guó)設(shè)備工程，2020（9）：203-204.

[3] 戴晶晶.煤礦機(jī)電設(shè)備存在的問(wèn)題及變頻技術(shù)的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2020（4）：138-139.

收稿日期：2020-03-10

作者簡(jiǎn)介：楊登樂（1981—），男，山東濟(jì)寧人，本科，中級(jí)工程師，研究方向：礦用電氣設(shè)備。