煤礦機(jī)電設(shè)備在變頻節(jié)能技術(shù)中的應(yīng)用

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【摘要】為進(jìn)一步提高煤礦生產(chǎn)的效率，保證煤礦生產(chǎn)安全，本文簡(jiǎn)要介紹了變頻節(jié)能技術(shù)，分析該項(xiàng)技術(shù)的具體應(yīng)用，包括在采煤機(jī)、風(fēng)機(jī)、帶式輸送機(jī)、提升機(jī)、主排水泵中的運(yùn)用，并對(duì)變頻節(jié)能技術(shù)今后的發(fā)展情況進(jìn)行展望，通過(guò)合理應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，極大改善了煤礦機(jī)電設(shè)備性能與功能，以期為相關(guān)人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】變頻節(jié)能；煤礦機(jī)電設(shè)備；采煤機(jī)；提升機(jī)；

0引言

我國(guó)有著豐富的煤炭資源，煤炭在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起到不可忽視的作用。與歐美國(guó)家相比，我國(guó)的煤炭開(kāi)采技術(shù)還存在一定的不足，如能耗較高、安全性較差等，導(dǎo)致出現(xiàn)資源浪費(fèi)。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，在煤炭開(kāi)采中，提升機(jī)、通風(fēng)設(shè)備與運(yùn)輸設(shè)備等的耗電量占到總耗電量的60%，大部分電能并沒(méi)有得到運(yùn)用，而是被浪費(fèi)。因此，合理應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，提高煤礦機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率，可以切實(shí)處理耗電問(wèn)題，是節(jié)能環(huán)保不可或缺的手段。

1變頻節(jié)能技術(shù)介紹

隨著電子信息技術(shù)的持續(xù)更新，交流電力傳動(dòng)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，不但可以有效發(fā)揮調(diào)速功能，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，而且可以節(jié)約資源，降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)其使用壽命。特別是在惡劣的工作環(huán)境中，該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將非常明顯。因此，必須掌握變頻節(jié)能技術(shù)的原理，了解其發(fā)展情況，才能更好地應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。

1.1變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理

變頻節(jié)能技術(shù)是指通過(guò)調(diào)整交流電頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的智能化管控。在煤礦機(jī)電設(shè)備中引入變頻節(jié)能技術(shù)，可根據(jù)負(fù)載段的變化值，針對(duì)設(shè)備設(shè)置參數(shù)值，調(diào)整設(shè)備工作狀況，提升機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率。電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)公式如式（1）所示。n=50f/p。（1）其中：n———電機(jī)轉(zhuǎn)速；f———頻率；p———電機(jī)級(jí)數(shù)。由式（1）可知，在n恒定的情況下，改變頻率，則電機(jī)轉(zhuǎn)速隨之改變，在頻率改變范圍為0~50Hz時(shí)，轉(zhuǎn)速的調(diào)整范圍較寬[1]。變頻節(jié)能技術(shù)根據(jù)此原理調(diào)整電源頻率，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速目標(biāo)。

1.2變頻節(jié)能技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

隨著社會(huì)的發(fā)展，變頻節(jié)能技術(shù)被廣泛應(yīng)用在煤礦機(jī)電設(shè)備，該技術(shù)的理論和運(yùn)用得到較大發(fā)展。變頻節(jié)能作為一項(xiàng)重要技術(shù)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行優(yōu)化，一定程度上可以使電機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能工作，獲得了較好的節(jié)能成果。礦井下環(huán)境相對(duì)特殊，常常產(chǎn)生瓦斯及煤塵等物質(zhì)，極大威脅著井下開(kāi)采作業(yè)。隨著科技的進(jìn)步，變頻節(jié)能技術(shù)充分體現(xiàn)了它的節(jié)能及調(diào)速功能，被逐漸推廣在煤礦機(jī)電設(shè)備。變頻節(jié)能技術(shù)的推廣，顯著提高了機(jī)電設(shè)備的工作效率，完善了設(shè)備性能，降低了能耗，避免出現(xiàn)浪費(fèi)的情況，給企業(yè)帶來(lái)更多效益，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2常規(guī)式以及交流四象限變頻器的運(yùn)用

2.1常規(guī)式變頻器

從煤礦生產(chǎn)來(lái)看，常規(guī)式變頻器有著多種運(yùn)用方式，其不但能減少能源消耗，還可以提高設(shè)備自動(dòng)化及智能化水平，對(duì)機(jī)電設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程控制，保證機(jī)電設(shè)備靈活性?，F(xiàn)階段，常規(guī)式變頻器開(kāi)始朝著模塊化的方向發(fā)展，具有較突出的優(yōu)勢(shì)作用。就多功能變頻器來(lái)看，它的優(yōu)勢(shì)作用主要表現(xiàn)為以下3點(diǎn)：①具有規(guī)范化參數(shù)結(jié)構(gòu)和調(diào)試軟件；②功能非常多樣；③通信接口屬于系統(tǒng)集成，安全性較高，運(yùn)用起來(lái)也非常便捷，相關(guān)的操作及控制十分靈活。根據(jù)以上功能得知，該類型的變頻節(jié)能技術(shù)能夠廣泛運(yùn)用于煤礦機(jī)電設(shè)備上，有著非常廣闊的發(fā)展空間，合理運(yùn)用該技術(shù)會(huì)獲得良好的成效。

2.2交流四象限變頻器的運(yùn)用

實(shí)際進(jìn)行煤炭采掘時(shí)，如果采掘機(jī)械在大坡度工作面作業(yè)，則要多次調(diào)速與起停電機(jī)，因此，確保低碳技術(shù)變頻器可以進(jìn)行四象限運(yùn)轉(zhuǎn)尤為關(guān)鍵。四象限變頻器（圖1）的運(yùn)行原理為四象限變頻器可將整個(gè)電路內(nèi)部的整流橋轉(zhuǎn)變?yōu)榭刹倏卣鳂?。若電機(jī)保持在電動(dòng)狀態(tài)，那么四象限變頻器的運(yùn)行狀態(tài)和二象限變頻器一樣；若是保持在發(fā)電狀態(tài)，那么將對(duì)四象限中的電流進(jìn)行轉(zhuǎn)化進(jìn)而逐漸形成整流橋電路，而之前的整流橋電路也將開(kāi)始變成逆變電路，根據(jù)它們之間的電流轉(zhuǎn)化，將進(jìn)一步推動(dòng)電量的回饋，有效提升機(jī)電設(shè)備的節(jié)能效率[2]。

3變頻節(jié)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

在煤礦機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，主要從以下5個(gè)方面進(jìn)行分析，探討該技術(shù)的具體應(yīng)用。

3.1在采煤機(jī)中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)

采煤機(jī)（圖2）屬于一種規(guī)模較大的復(fù)雜系統(tǒng)，是煤礦采掘機(jī)械化不可或缺的設(shè)備，發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。在大部分情況下，采煤機(jī)的運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，加上系統(tǒng)的復(fù)雜性，所以完善該設(shè)備的性能顯得非常關(guān)鍵。進(jìn)行煤礦開(kāi)采時(shí)，若采煤機(jī)出現(xiàn)故障，將對(duì)采煤工作產(chǎn)生較大的影響，極易造成運(yùn)行中斷，從而導(dǎo)致企業(yè)遭受?chē)?yán)重的損失。隨著科技的發(fā)展，采煤應(yīng)用越來(lái)越多的新技術(shù)，內(nèi)部構(gòu)件越來(lái)越復(fù)雜，在一定程度上增加了設(shè)備的維修難度。變頻節(jié)能技術(shù)的誕生，使采煤機(jī)可以變頻調(diào)速運(yùn)行，在節(jié)省能源的同時(shí)，也提高了作業(yè)效率，降低了設(shè)備發(fā)生故障的概率。

近年來(lái)，煤炭的產(chǎn)量呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，一些煤礦公司損失較大，在這一背景下，唯有持續(xù)降低采煤過(guò)程花費(fèi)的成本，才能防止煤礦企業(yè)出現(xiàn)入不敷出的現(xiàn)象，煤礦企業(yè)應(yīng)積極創(chuàng)新，在采煤機(jī)中引入四象限變頻器，這樣可以增加生產(chǎn)效率，減少能源的運(yùn)用，降低開(kāi)采過(guò)程中的成本費(fèi)用?，F(xiàn)階段，我國(guó)采煤機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)從原有的“一拖二”轉(zhuǎn)變成“一拖一”，同時(shí)，在變頻調(diào)速采煤方面已走在世界的前列[3]。

3.2在風(fēng)機(jī)中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)

從礦井生產(chǎn)周期來(lái)看，隨著礦井開(kāi)采的持續(xù)進(jìn)行，礦井會(huì)越挖越深，想要確保煤礦生產(chǎn)安全，應(yīng)根據(jù)礦井生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)。我國(guó)大部分煤礦企業(yè)，為確保煤礦通風(fēng)效果，提高生產(chǎn)安全性，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中往往會(huì)頻繁更換風(fēng)機(jī)。實(shí)際上，這種方式不但會(huì)增加成本負(fù)擔(dān)，還可能造成風(fēng)機(jī)損壞。與此同時(shí)，被換下的風(fēng)機(jī)會(huì)被閑置，導(dǎo)致設(shè)備利用率不高，浪費(fèi)資源。通過(guò)引入變頻節(jié)能技術(shù)，將原有的電機(jī)調(diào)速和計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)融合在一起，使風(fēng)機(jī)也具備自動(dòng)調(diào)速功能，避免了資源浪費(fèi)現(xiàn)象，有利于提高節(jié)能成效。

3.3在帶式輸送機(jī)中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)

帶式輸送機(jī)應(yīng)用摩擦力作為牽引力來(lái)對(duì)物料進(jìn)行運(yùn)輸。帶式輸送機(jī)包含著較多的部件，如機(jī)架、滾筒等，可以將煤炭運(yùn)到井外。如今，在很多礦井開(kāi)采中所采取的帶式輸送機(jī)常常通過(guò)工頻拖動(dòng)手段達(dá)到軟啟動(dòng)，這可能會(huì)導(dǎo)致皮帶老化，給正常運(yùn)輸帶來(lái)影響。在引入變頻節(jié)能技術(shù)之后，變頻器可以合理調(diào)整帶式輸送機(jī)的運(yùn)行功率，避免設(shè)備出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，延長(zhǎng)其使用壽命。同時(shí)該項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用，將帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)到經(jīng)濟(jì)狀態(tài)，在負(fù)荷率不高的情況下，轉(zhuǎn)速變慢，設(shè)備磨損較輕，防止設(shè)備出現(xiàn)異常，另外，該項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用于帶式輸送機(jī)可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，并且電流低于額定電流1.2倍，確保了電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，變頻器可以發(fā)揮著保護(hù)效果，其中包括過(guò)流以及過(guò)壓等，切實(shí)保護(hù)電動(dòng)機(jī)，節(jié)省了維修費(fèi)用，為企業(yè)創(chuàng)造更為圖1四象限變頻器低碳技術(shù)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。帶式輸送機(jī)如圖3所示。

3.4在提升機(jī)中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)提升機(jī)

（圖4）是通過(guò)改變勢(shì)能開(kāi)展運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備。在煤礦生產(chǎn)中，該設(shè)備可以有效運(yùn)輸物料，在開(kāi)采中發(fā)揮著較大的作用。在沒(méi)有引入變頻技術(shù)之前，提升機(jī)多采用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路接入電阻的方式，不僅存在安全隱患，還增加電能消耗。在引入變頻節(jié)能技術(shù)之后，提升機(jī)才真正具有調(diào)速功能，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制，協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，切實(shí)管控了電路輸出和輸入接口，確保了提升機(jī)的正常輸送[4]。3.5在主排水泵中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)排水泵的作用旨在抽送液體，此過(guò)程中，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成流體動(dòng)能。該設(shè)備除了可以實(shí)現(xiàn)液體運(yùn)輸，還可以起到增壓的作用，在給液、給水中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在運(yùn)用變頻技術(shù)之前，排水泵存在一定空轉(zhuǎn)時(shí)間，在來(lái)回啟停中，除了耗用很多電能，還會(huì)產(chǎn)生異常狀況，導(dǎo)致資源被浪費(fèi)。在引入變頻節(jié)能之后，切實(shí)提升了運(yùn)轉(zhuǎn)效率，降低了設(shè)備出現(xiàn)異常的概率，極大減少電能消耗，并更便于進(jìn)行操作，也充分把控了啟停減速效果。

4變頻節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用展望

現(xiàn)階段，變頻節(jié)能技術(shù)被廣泛運(yùn)用于煤礦行業(yè)中，起到重要的促進(jìn)作用。這些年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)獲得了較大的進(jìn)步，通過(guò)變頻節(jié)能技術(shù)來(lái)提升煤礦領(lǐng)域的節(jié)能水平屬于必然的發(fā)展方向。如今，國(guó)內(nèi)還有不少的礦山要進(jìn)行開(kāi)采，在實(shí)際開(kāi)采期間需借助到多樣化的機(jī)電設(shè)備。這表明要發(fā)展和其契合的變頻節(jié)能技術(shù)，在更大的范圍充分體現(xiàn)節(jié)能技術(shù)的效果。而在優(yōu)化改造設(shè)備期間會(huì)利用到很多的變頻器，將對(duì)變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮巨大的促進(jìn)作用。目前在煤炭開(kāi)采方面，電子技術(shù)已獲得了大力普及，從煤礦機(jī)電設(shè)備來(lái)看，變頻節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用將有著廣闊的發(fā)展前景[5]。

5結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，煤炭產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)變大，機(jī)電設(shè)備科技含量的增加顯得尤為關(guān)鍵。變頻節(jié)能技術(shù)的引入除了給予設(shè)備較佳的節(jié)能效果，也使其具有了調(diào)節(jié)功能，提高機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率。本文對(duì)變頻節(jié)能技術(shù)實(shí)際情況及性能開(kāi)展了分析，對(duì)各種類型變頻器的運(yùn)用開(kāi)展了討論，還對(duì)變頻節(jié)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用展開(kāi)分析，同時(shí)還進(jìn)一步探討了變頻技術(shù)的發(fā)展前景，以期促進(jìn)我國(guó)煤炭行業(yè)健康發(fā)展提供重要參考。

參考文獻(xiàn)

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作者:方勇 單位:煤新集阜陽(yáng)礦業(yè)口孜東煤礦綜采隊(duì)