變頻技術(shù)在機電設備節(jié)能改造中的應用探究

孔治國

（山西華融龍宮煤業(yè)有限責任公司，山西 原平 034100）

引言

變頻技術(shù)具有調(diào)速、調(diào)壓等多種功能，在礦山生產(chǎn)機電設備節(jié)能改造中的應用比較常見。另外，在變頻器運行過程中，該技術(shù)具有穩(wěn)定性強、可靠性高的優(yōu)勢，但是在運行過程中也存在一些不足，包括噪音大、成本高、可產(chǎn)生高次諧波等等。對此，在機電設備改造中，應當對其運轉(zhuǎn)現(xiàn)狀進行分析，并選擇適宜的變頻技術(shù)進行改造，提升機電設備運行調(diào)控高效性。

1 煤礦機電設備中變頻節(jié)能技術(shù)的應用原理

在礦山機電設備節(jié)能改造中，變頻技術(shù)的應用范圍廣泛，對于提升機、運輸皮帶、煤機等，均可利用變頻技術(shù)進行節(jié)能改造，提升設備運行效率，對機電設備運行速度進行智能化調(diào)控。比如，當機電設備處于暫停運行狀態(tài)時，能夠?qū)⑵溥\行功率調(diào)整為最低值，進而減少能耗損失。當機電設備處于滿負荷運行狀態(tài)，或者長時間處于高峰運行狀態(tài)，可將機電設備電能調(diào)整為最大水平，避免對采煤作業(yè)過程造成不良影響，同時減少能耗損失。由此可見，為促進我國煤炭行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，應當將變頻技術(shù)推廣應用于機電設備改造中，對機電設備應用智能化調(diào)控方式，減少設備運行過程中的成本投入量，促進煤炭作業(yè)綜合效率的提升[1]。變頻器組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 機電設備節(jié)能改造中變頻技術(shù)的應用

2.1 在掘進機節(jié)能改造中的應用

在礦區(qū)掘進設備運行過程中，必須保證具有充足的驅(qū)動力，因此，掘進機的能耗比較大。另外，掘進設備的機械性能會對地下隧道滲透速度產(chǎn)生直接影響，同時，產(chǎn)能高低可對礦區(qū)生產(chǎn)效率產(chǎn)生較大影響，因此，在掘進機節(jié)能改造中應用變頻技術(shù)十分重要。現(xiàn)如今，國內(nèi)很多礦區(qū)已將變頻技術(shù)應用于采掘機改造中，在采掘機運行過程中，會遇到復雜多變的地質(zhì)條件，包括煤層、巖層、斷面層等等，要求采掘機能夠調(diào)整運行狀態(tài)。因此，可應用變頻技術(shù)對掘進機運行速度和方向進行針對性控制，提升掘進效率，同時對掘進過程中的能耗損失進行有效控制。

2.2 在斗提機節(jié)能改造中的應用

在斗提機節(jié)能改造中，可利用變頻技術(shù)設計電子控制系統(tǒng)，比如高壓變頻變速自動控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)運行中，抗干擾能力比較強，對于高壓主電源電路和低壓控制回路之間，可采用光纖傳輸方式連接，并利用激光焊接施工方式，保證電防護特性。另外，還可將PLC控制技術(shù)應用于斗提機節(jié)能改造中，對斗提機運行過程中的操作過程進行全面監(jiān)控和調(diào)控[2]。

2.3 在水泵節(jié)能改造中的應用

在煤礦資源開采生產(chǎn)中，多級泵的應用比較常見。在水泵電機運行中，在電磁能作用下電機能夠推動多級泵，使得多級泵持續(xù)運轉(zhuǎn)，在此過程中，電磁能即可轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械動能，將礦井中的水抽排至地面。水泵處于井底運行，因此水泵運行環(huán)境比較惡劣，存在很多復雜的影響因素，如果采用傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)，則隨著水泵運行時間的延長，可能會發(fā)生各類故障，同時還會造成水泵運行成本增加。對于礦區(qū)水泵，可采用直流啟動模式，在水泵運行中的電流量比較大，同時，電機電纜損耗也比較大，在電纜線運行過程中，反壓比較高，而介電強度逐漸減少，因此，在水泵每次啟動時，均可能會導致其使用壽命縮短。

2.4 在排風機節(jié)能改造中的應用

煤礦資源開采作業(yè)環(huán)境比較惡劣，為保證礦區(qū)作業(yè)人員身體健康，保證礦產(chǎn)資源開采的持續(xù)性和安全性，要求在礦區(qū)安裝主扇風機，保證礦井通風安全。主扇風機每日運行時間比較長，可作為礦井“呼吸系統(tǒng)”，能耗損失比較大。在風機節(jié)能改造中，可安裝變頻器，使得風機能夠?qū)崿F(xiàn)變頻軟啟動，避免啟動點流量的沖擊作用，同時還可對啟動和終止操作進行調(diào)控。

2.5 在煤礦皮帶運輸機節(jié)能改造中的應用

在皮帶運輸機運行過程中，交流電可提供充足動力，液力耦合器可發(fā)揮傳動作用，通過工頻拖動即可開始運行，在煤礦運輸中是十分重要的機電設備類型。但是，在皮帶運輸機啟動狀態(tài)下，電流比較大，同時傳統(tǒng)效率比較低，機械沖擊也比較大，對此，可利用變頻技術(shù)對皮帶運輸機進行節(jié)能改造，避免當皮帶運輸機處于重載或者啟停狀態(tài)下產(chǎn)生跑帶、斷帶等問題，促進皮帶運輸機運行效率的提升。在變頻技術(shù)的實際應用中，可有效降低皮帶運輸機帶強，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況對變頻器啟動時間進行調(diào)控，延長皮帶運輸機的啟動時間，降低設備運行成本。另外，變頻器可發(fā)揮軟啟動功能，直接驅(qū)動運輸機，并將運輸機和電機進行有效結(jié)合，當啟動電機后，運輸機即可隨之被帶動，在這一階段，運輸機的張力比較小，同時皮帶中的能量也可逐漸釋放，因此不會對設備造成損壞[3]。

2.6 在空壓機系統(tǒng)節(jié)能改造中的應用

在礦區(qū)空壓機系統(tǒng)啟動過程中，可產(chǎn)生瞬時電流，對系統(tǒng)中的各類設備造成損傷，導致其使用年限縮短。對此，在空壓機系統(tǒng)節(jié)能改造中，可應用變頻技術(shù)減少瞬時電流，避免對設備造成不良影響。在壓風系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程中，需使得泵房壓力處于閉環(huán)狀態(tài)，對變頻系統(tǒng)進行調(diào)控，在此過程中，需利用系統(tǒng)壓力這一關(guān)鍵性指標，對變頻系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行調(diào)整。如果壓風系統(tǒng)的壓力發(fā)生變化，則變頻系統(tǒng)能夠?qū)z測壓力值作為重要依據(jù)，對內(nèi)部壓力進行智能化調(diào)控，保證系統(tǒng)壓力符合相關(guān)標準，保證壓風系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和可靠性。另外，在泵房空壓機節(jié)能改造中，可利用PLC技術(shù)，并安裝觸摸屏，將供氣系統(tǒng)儲氣罐壓力設定為主要標準，并聯(lián)合應用壓力變送器，對儲氣罐壓力以及其他運行數(shù)據(jù)進行精準調(diào)控，將各類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺缓髠鬏斨罰LC控制儀中，與觸摸屏壓力設定值進行對比，根據(jù)差值大小對設備運行參數(shù)進行調(diào)控。通過應用變頻裝置，即可對電機運行頻率、轉(zhuǎn)速進行有效控制，縮短實際壓力和設定壓力之間的偏差。

2.7 在采煤機節(jié)能改造中的應用

在礦區(qū)生產(chǎn)中，采煤機是十分重要的設備，而采煤機的運行環(huán)境比較惡劣，粉塵量大，空氣濕度也比較高。在電牽式采煤機技術(shù)改造中，以往采用滑差調(diào)速方法，通過充分利用自身變頻調(diào)節(jié)功能，即可促進采煤機變速能力的提升。在采煤機節(jié)能改造中應用變頻技術(shù)，可采用回饋型四象限變頻器，在采煤機運行過程中采用一對二作業(yè)模式，而在變頻調(diào)節(jié)功能的做義工西啊，可實現(xiàn)一對一作業(yè)模式，促進采煤機運行效率的提升，同時減少采煤機運行過程中的磨損量以及設備運維成本投入量。另外，在采煤機變頻調(diào)速中，可利用PLC控制技術(shù)，可實現(xiàn)人機對話功能，當設備出現(xiàn)故障隱患后，即可準確定位故障位置，便于后續(xù)維護管理。

3 結(jié)語

在礦區(qū)生產(chǎn)中，機電設備類型比較多，很多機電設備的運行環(huán)境惡劣，運行時間長，能耗損失比較大。對此，可利用變頻技術(shù)對礦區(qū)各類機電設備進行節(jié)能改造，對各類設備運行狀態(tài)進行高效調(diào)控，促進礦區(qū)開采作業(yè)朝向智能化以及自動化方向發(fā)展。