變頻節(jié)能技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用

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【摘要】煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用非常多數(shù)量和種類的機(jī)電設(shè)備，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升，通常煤礦企業(yè)會確保這一系列機(jī)電設(shè)備處在長期的運(yùn)行狀態(tài)中，因此煤礦企業(yè)生產(chǎn)會耗費(fèi)較多的能源，這跟煤礦企業(yè)的節(jié)能降耗和可持續(xù)發(fā)展原則相悖。而煤礦機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)可以有效地降低機(jī)電設(shè)備的能源消耗量。在分析變頻節(jié)能技術(shù)及其基本原理的基礎(chǔ)上，闡述了變頻節(jié)能技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】變頻節(jié)能;礦山;機(jī)電設(shè)備;應(yīng)用

一、前言

如今，迅速發(fā)展的重工業(yè)形成了大量的環(huán)境及能源問題。在確保社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，人們提出了新能源和資源應(yīng)用率提升等概念，也應(yīng)用了一系列新方法和新技術(shù)。在開采礦山中，變頻節(jié)能技術(shù)即是其中之一。將變頻裝置增加于采礦裝置中，一是可以使應(yīng)用的電力能源減少，以減小生產(chǎn)費(fèi)用；二是可以結(jié)合設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀，調(diào)整其性能為最理想的狀態(tài)，以減小設(shè)備能耗，實(shí)現(xiàn)煤礦開采環(huán)境的優(yōu)化。

二、變頻節(jié)能技術(shù)及其基本原理

1.變頻節(jié)能技術(shù)

變頻節(jié)能技術(shù)結(jié)合半導(dǎo)體器件的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)交流電源頻率的改變，調(diào)整固有的固定式頻率為用戶要求的頻率，實(shí)現(xiàn)減小設(shè)備能耗的效果。此技術(shù)的中心組成元件是變頻器，其由中間直流環(huán)節(jié)、控制部分、逆變器和整流晶閘管這幾個部分組成。在線路中加裝變頻器之后，變頻器可以控制線路中發(fā)動機(jī)等裝置的工作頻率，實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備工作速度的效果。在煤礦機(jī)電設(shè)備中，由于實(shí)際任務(wù)的不同，電動機(jī)的負(fù)載會頻繁發(fā)生改變，因此應(yīng)用變頻器對電動機(jī)的運(yùn)行頻率予以調(diào)節(jié)，能夠使設(shè)備的能耗大大降低并實(shí)現(xiàn)設(shè)備性能的優(yōu)化。

2.變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理

對于運(yùn)行中的變頻器，交流工頻電源首先經(jīng)由一個整流器，這時候不可調(diào)節(jié)電壓與頻率的交流點(diǎn)向直流電轉(zhuǎn)換，然后基于工作指令的控制，控制電路會控制電源的幅值與頻率，然后結(jié)合逆變器轉(zhuǎn)化直流電為當(dāng)時狀態(tài)之下電動機(jī)要求的可調(diào)節(jié)的電壓和頻率的交流電，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載工作。一般來講，應(yīng)將一部分輔助設(shè)備（像是噪聲消除器、自動空氣開關(guān)等）安裝在變頻器中，以確保更加穩(wěn)定和安全地輸出電流。很多試驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)，相比較于工頻，變頻狀態(tài)下運(yùn)行的一系列負(fù)載可以大大提升工作效率。

三、變頻節(jié)能技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的具體應(yīng)用

1.變頻節(jié)能技術(shù)在提升設(shè)備中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的提升機(jī)運(yùn)行方式是首先在電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路中接入金屬電阻，再結(jié)合鼓型接觸器或控制器將電阻切除，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的。然而，這面臨電阻耗能多、提升機(jī)中散熱狀況不佳等缺陷，且電阻調(diào)速的可調(diào)節(jié)范圍不大，在應(yīng)用實(shí)踐中，調(diào)速的精確性不高。在下放時與減速段，因應(yīng)用動力制動，來不及消耗低頻電源或直流電源的能量，不但使電能浪費(fèi)，而且會損壞設(shè)備，從而使運(yùn)行設(shè)備面臨安全問題。在煤礦提升機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中應(yīng)用變頻控制技術(shù)，能夠從源頭上處理傳統(tǒng)煤礦提升機(jī)工作方式形成的一系列問題，確保提升機(jī)在平穩(wěn)無級的狀態(tài)中減速運(yùn)行和加速運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)整體提升系統(tǒng)的改進(jìn)，真正地保護(hù)一系列煤礦提升機(jī)。在礦山機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用變頻控制技術(shù)的優(yōu)勢如下：一是變頻控制技術(shù)結(jié)合編程器指令編寫電控系統(tǒng)和程序當(dāng)中的繼電器邏輯關(guān)系，并且控制梯形圖與電路圖的互相轉(zhuǎn)換，快捷和方便，從而使錯誤出現(xiàn)率大大降低。二是變頻控制技術(shù)外部線路控制執(zhí)行繼電器數(shù)量比較少，不但節(jié)省空間，而且增加了安全系數(shù)，降低機(jī)器設(shè)備的故障率，以及減少維護(hù)頻率，從而節(jié)省生產(chǎn)費(fèi)用和提升煤礦經(jīng)濟(jì)效益。三是能夠結(jié)合編程器與顯示屏檢測變頻控制系統(tǒng)的故障，非常便捷，以及適宜對電氣與機(jī)械故障進(jìn)行檢測。四是可擴(kuò)展性強(qiáng)和精度控制高，僅僅要求修正內(nèi)部程序就可以轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功能參數(shù)，能夠使柔性控制切實(shí)實(shí)現(xiàn)，跟傳統(tǒng)的運(yùn)行方式（更改硬件接線）進(jìn)行比較，具備操作簡便的優(yōu)勢。五是回饋制動，在煤礦提升機(jī)處在負(fù)力狀態(tài)的情況下，電動機(jī)的再生能量形成，且向電網(wǎng)反饋，具備節(jié)省電能的效果，以及在此過程中，因?yàn)樵黾恿酥苿恿兀源蟠筇嵘私g車下面的安全系數(shù)。六是跟傳統(tǒng)煤礦提升機(jī)的運(yùn)行方式進(jìn)行比較，并非結(jié)合機(jī)械調(diào)節(jié)變頻控制技術(shù)的制動和速度，而是結(jié)合電氣控制，如此的控制系統(tǒng)能夠使機(jī)械摩擦與系統(tǒng)沖擊減少，從而保護(hù)設(shè)備的性能和實(shí)現(xiàn)設(shè)備應(yīng)用時間的延長。

2.變頻節(jié)能技術(shù)在帶設(shè)備中的應(yīng)用

相比較于煤礦提升機(jī)，煤礦帶機(jī)的功率較大，是結(jié)合繞線電動機(jī)通過轉(zhuǎn)子繞組降壓起動之后工頻運(yùn)行，然后結(jié)合液力耦合器向帶機(jī)切換。帶機(jī)的運(yùn)行原理是首先將輪轂驅(qū)動，然后結(jié)合摩擦力推動傳送帶工作。帶能夠結(jié)合自身的變形與張力，再基于摩擦力的影響下，在滾軸上往前運(yùn)動。在煤礦生產(chǎn)過程中，為了避免帶機(jī)起動電流太大，一般會優(yōu)化其中的轉(zhuǎn)子串接電阻轉(zhuǎn)矩以及實(shí)施減壓空載起動的策略，然而，這些策略難以實(shí)現(xiàn)理想的減小起動電流效果，且會導(dǎo)致電動機(jī)中形成機(jī)械沖擊、嚴(yán)重發(fā)熱和電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定等現(xiàn)象。再者，帶機(jī)運(yùn)行老化與斷裂、帶機(jī)起動時間較短等，因此通常煤礦生產(chǎn)作業(yè)要求帶機(jī)具備比較高的韌性。運(yùn)行過程中的液力耦合器存在提升油溫、加劇零件磨損等情況，這一系列缺陷不但使機(jī)械維護(hù)費(fèi)用增加，而且會污染環(huán)境，以及導(dǎo)致較難處理的功率平均和同步問題，因此不利于煤礦生產(chǎn)工作的開展。將變頻控制技術(shù)應(yīng)用于帶機(jī)中，能夠使帶機(jī)輸送機(jī)的軟停和軟起實(shí)現(xiàn)，讓帶機(jī)具備穩(wěn)定的性能。變頻技術(shù)被應(yīng)用之后，運(yùn)行系統(tǒng)能夠?qū)崟r觀測負(fù)載的現(xiàn)狀，以及調(diào)節(jié)輸出力矩與頻率，解決傳統(tǒng)運(yùn)行方式中電動機(jī)的恒速運(yùn)行問題，以及節(jié)省資能源和實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)安全系數(shù)的增加，降低過載形成的危險(xiǎn)性，從而大大提高煤礦生產(chǎn)效率。與此同時，高壓變頻器具備反饋帶機(jī)能量的作用，這導(dǎo)致其在降低能耗的過程中也減少了維護(hù)設(shè)備的功耗，從而使煤礦節(jié)省了財(cái)力、物力和人力，保護(hù)了環(huán)境。

3.變頻節(jié)能技術(shù)在通風(fēng)設(shè)備中的應(yīng)用

對于礦井的很多生產(chǎn)設(shè)備來講，通風(fēng)機(jī)中的主扇風(fēng)機(jī)具備舉足輕重的地位。通風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵作用在于確保礦井生產(chǎn)條件中空氣的流暢性，將有毒有害氣體排出，換入新鮮空氣。因?yàn)橥L(fēng)機(jī)的工作時間比較長，通風(fēng)效果跟煤礦財(cái)產(chǎn)安全與員工的生命安全密切相關(guān)，所以，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)也被叫做煤礦的“呼吸系統(tǒng)”。基于煤礦采掘的不斷開展，煤礦采掘持續(xù)增加深度，因此對煤礦風(fēng)機(jī)功率的要求越來越高。持續(xù)增加的通風(fēng)機(jī)功率要求，業(yè)已變成制約煤礦作業(yè)深入開展的一個關(guān)鍵性阻礙。鑒于此，倘若在煤礦通風(fēng)設(shè)備中應(yīng)用變頻技術(shù)，那么就能夠在生產(chǎn)過程中結(jié)合實(shí)際要求的風(fēng)量大小自主調(diào)整通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率，防止浪費(fèi)電能，能夠合理地降低能耗，從而能夠?qū)崿F(xiàn)理想的節(jié)能效果。并且，在煤礦通風(fēng)機(jī)設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，可以使通風(fēng)機(jī)的變頻軟起動實(shí)現(xiàn)，不但降低了電流起動沖擊煤礦設(shè)備的程度，而且降低了電網(wǎng)設(shè)備受到電流的沖擊程度，這樣可以有效地保護(hù)煤礦電網(wǎng)設(shè)備與生產(chǎn)設(shè)備。在煤礦生產(chǎn)中，因?yàn)榇蟛糠謺r候通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行處在低速狀態(tài)中，所以在煤礦通風(fēng)機(jī)設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，可以在減小設(shè)備運(yùn)行強(qiáng)度的情況下延長設(shè)備的應(yīng)用年限，以及降低投入的設(shè)備維修費(fèi)用，從而大大提升煤礦井下生產(chǎn)效率以及實(shí)現(xiàn)人力和物力的節(jié)省。需要引起注意的是，為了確保電動機(jī)具備統(tǒng)一的轉(zhuǎn)速，大部分情況下會結(jié)合要求設(shè)置多臺電動機(jī)的工作頻率為一致的數(shù)值，從而防止因?yàn)橐幌盗性O(shè)備工作量的差別而使風(fēng)阻形成，以確保通風(fēng)機(jī)的順利工作。

四、結(jié)語

總而言之，采煤機(jī)、風(fēng)機(jī)以及提升機(jī)等裝置是主要的能源消耗對象，相關(guān)人員要從其本身入手，對其運(yùn)行方式將進(jìn)行研究，對其中可引進(jìn)變頻節(jié)能技術(shù)的點(diǎn)進(jìn)行尋找，然后將變頻器安裝在相關(guān)位置處，使該種設(shè)備能源使用量和浪費(fèi)量同時得到節(jié)約。在安裝變頻器后，相關(guān)人員要通過實(shí)驗(yàn)，檢測能源消耗量，然后對其進(jìn)行優(yōu)化改善，使其最終的節(jié)能優(yōu)勢得到顯著表現(xiàn)。

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作者:汪庭德 單位:甘肅華亭煤電股份有限公司陳家溝煤礦