淺談煤礦機電設(shè)備變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用

郭有紅

（山西省同煤集團公司煤峪口礦機電科，山西 大同037041）

0 引言

交流電機變頻調(diào)控技術(shù)的突破性發(fā)展可以說是建立在多種技術(shù)基礎(chǔ)之上的，集合了多種技術(shù)的優(yōu)點，同時又高于這些技術(shù)，是伴隨著這些技術(shù)的迅速發(fā)展而逐漸發(fā)展起來的一項新技術(shù)?？梢哉f這種技術(shù)順應(yīng)了當(dāng)今世界節(jié)能環(huán)保的新要求，在減少電耗方面是一個重大突破。

1 變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用原理

變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用原理實質(zhì)上是電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)以及大功率輸出技術(shù)的綜合應(yīng)用，且伴隨著這些技術(shù)的發(fā)展變化不斷更新完善，同時變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用原理還涉及微機技術(shù)和電機轉(zhuǎn)動技術(shù)，集合了不同技術(shù)的不同特點，所以說變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用原理不能單談?wù){(diào)控技術(shù)。但正是由于集合了這幾種技術(shù)的不同特點才逐漸形成了變頻調(diào)控技術(shù)的機電一體化，所以說變頻調(diào)控技術(shù)是機電一體化的綜合應(yīng)用實例。

2 變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用

煤礦行業(yè)作為傳統(tǒng)型的行業(yè)，陳舊的機械技術(shù)已經(jīng)不適應(yīng)社會的發(fā)展需求，所以必須進行機械技術(shù)的更新。下面從主通風(fēng)機、礦井提升機、皮帶機及井下絞車4個方面來介紹變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用情況，具體如下：

2．1 變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦主通風(fēng)設(shè)備中的應(yīng)用

2．1．1 主通風(fēng)設(shè)備的重要性

主通風(fēng)機械設(shè)備是煤礦行業(yè)的四大主要設(shè)備之一，是煤礦行業(yè)中的“呼吸系統(tǒng)”，在煤礦企業(yè)生產(chǎn)中的作用非常重要。如果主通風(fēng)設(shè)備運作出現(xiàn)問題，整個作業(yè)流程都會停止，所以變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用首先必須從主通風(fēng)設(shè)備入手。對于煤礦行業(yè)礦井作業(yè)中的主通風(fēng)機械來說，要承受的是每天不間斷的運作轉(zhuǎn)動，就像人的呼吸系統(tǒng)一樣，只要煤礦采礦作業(yè)在進行，主通風(fēng)機械就要一直運作，可見主通風(fēng)機械作用之重要。但另一方面，伴隨著煤礦開采以及挖掘的不斷深入，煤礦的巷道不斷延伸，這種情況下即使風(fēng)量不變，煤礦礦井下面所需要的風(fēng)的壓力整體上還是要不斷增加，這就要求主通風(fēng)機械的功率也要逐漸增加。所以，煤礦礦井開采過程中會按不同階段要求使用不同型號的主通風(fēng)機械，這就在無形之中增加了總成本。如一臺主通風(fēng)機械能滿足不同的功率要求，那么整體成本必將有所下降，同時耗能也會減少。

2．1．2 變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用

煤礦中的通風(fēng)機械使用變頻調(diào)控技術(shù)不僅能夠節(jié)約電耗，同時在作業(yè)過程中還能夠根據(jù)不同的風(fēng)量需求進行及時調(diào)控，既能滿足不同狀況的要求，還能節(jié)約電耗。這主要是因為變頻控制技術(shù)的使用已經(jīng)使得主通風(fēng)機械不再像以前一樣處于滿負荷的狀態(tài)，所以效果十分理想。使用變頻控制技術(shù)對通風(fēng)機械進行改造之后，能夠?qū)崿F(xiàn)通風(fēng)機械的變頻軟啟動，同時還能有效避免啟動電流的不必要沖擊，這也無形中保護了電網(wǎng)，使其徹底擺脫了以前的啟動電流沖擊。另外，應(yīng)用這種技術(shù)還能夠隨時隨地進行停止和啟動。

在運作過程中，因為主通風(fēng)機械大部分時間都是在比較低的速度下運行的，這就在很大程度上降低了機械的作業(yè)強度以及電氣的強大沖擊，從而延長了主風(fēng)機的使用壽命。同時由于改造后避免了很多不必要的沖擊，這樣還能減少維修的次數(shù)和成本。如果煤礦使用旋風(fēng)機，在使用變頻調(diào)控后，在運作過程中便要求2臺旋風(fēng)機的頻率保持大體一致，這樣主要是為了保證機械的轉(zhuǎn)速一致，避免因為轉(zhuǎn)速不一致而形成不必要的風(fēng)阻，進而影響機械的運行。

2．2 變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦提升機中的應(yīng)用

煤礦企業(yè)中的礦井提升機主要作用是進行相關(guān)物料及工作人員的輸送，是煤礦生產(chǎn)運作中的重要設(shè)備。對于提升機的更新調(diào)控，傳統(tǒng)方法主要是使用電動機在轉(zhuǎn)子電路中接上相應(yīng)的金屬電阻，再用控制器或者是接觸器將電阻阻斷來實現(xiàn)最終調(diào)速，這些主要的控制裝置不足之處主要是電阻能耗高以及散熱問題比較棘手。使用電阻裝置調(diào)速屬于有機調(diào)速，整體的調(diào)速范圍比較小，精度比較低，最重要的是安全性能比較差，在進行減速的過程中需要進行制動電流的投切或者是低頻率電源的投切，這樣容易造成設(shè)備的不必要損害，同時還會產(chǎn)生過多的電耗。變頻控制技術(shù)在提升機中的運用能夠在很大程度上降低不必要的能耗，提高安全性能和精度，最重要的是能夠從根本上解決以前電阻調(diào)控中存在的很多問題，實現(xiàn)無級狀態(tài)下的平穩(wěn)調(diào)速，進而提升整個系統(tǒng)的安全性能，節(jié)約不必要的電能消耗，減少維修成本。

2．3 變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦皮帶機中的應(yīng)用

皮帶機的工作原理和提升機在很大程度上是相同的，二者最主要的不同點就是提升機在進行井下作業(yè)的過程中功率明顯大于皮帶機。皮帶機的啟動和運行方式為：繞線電機經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組降壓啟動后工頻運行，再經(jīng)過液力耦合器進行切換，進而切換到皮帶機。我們國家多數(shù)煤礦中使用的是液力耦合器來實現(xiàn)皮帶機的軟啟動，這種情況下在啟動時就要調(diào)整液力耦合器的整體效率，將整體的機械效率調(diào)整為0，這主要是為了能夠使電機進行空載啟動。

但是盡管使用了轉(zhuǎn)子串接電阻，能夠改善啟動過程中的轉(zhuǎn)矩和降壓實現(xiàn)空載，但電機在啟動過程中電流還是相對比較大的，這樣就會引起電網(wǎng)和電壓的劇烈變動，嚴(yán)重的話還會造成電氣機械內(nèi)部的不必要沖擊和發(fā)熱等嚴(yán)重現(xiàn)象。另外，使用液力耦合器進行啟動的過程中，因為啟動時間會很短，加上加載的合力比較大，這就容易引起皮帶的斷裂和老化，因此對皮帶的要求非常高。同時，長時間的作業(yè)還會使內(nèi)部溫度升高以及功率大幅度波動等現(xiàn)象發(fā)生。

下面我們重點介紹一下變頻控制技術(shù)在皮帶機中的應(yīng)用。皮帶機在經(jīng)過變頻調(diào)控技術(shù)的深入改造之后能徹底實現(xiàn)機械的軟啟動以及軟停運，能夠使得機械的整體作業(yè)性能更加穩(wěn)定。整個系統(tǒng)在使用了變頻調(diào)控技術(shù)進行調(diào)控之后功率因數(shù)能夠達到90%以上，節(jié)省了大量的無功功率，同時在使用了這種變頻調(diào)控技術(shù)調(diào)節(jié)之后，系統(tǒng)整體的總輸送功率能夠比液力耦合器的總驅(qū)動功率高出10%左右。改造之后的系統(tǒng)還能夠根據(jù)不同的情況對不同負荷工況下的系統(tǒng)進行調(diào)控，主要是調(diào)節(jié)輸出和輸入的頻率變動，這改變了以前電機機械恒速運行的模式，很大程度上能夠節(jié)約電能。

2．4 變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦礦井絞車中的應(yīng)用

變頻調(diào)控技術(shù)在礦井絞車中的應(yīng)用涉及電控系統(tǒng)和保護系統(tǒng)2個方面，使用變頻調(diào)控技術(shù)改進就要保證輸出的電源是660 V、50 Hz，因為這種情況下電壓允許的整體波動范圍是－10%～10%，允許的頻率波動范圍是－2．5%～2．5%，同時還有其他數(shù)據(jù)的變化和自動轉(zhuǎn)矩提升功能。這些數(shù)據(jù)的變化完全能夠保證絞車在100%情況下的定轉(zhuǎn)矩，同時還有過壓、欠壓、過流以及斷相等多重保護。

3 結(jié)語

本文重點介紹了變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用情況。變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用一方面改善了煤礦行業(yè)的整體環(huán)境，極大地促進了煤礦行業(yè)工作效率的提高，另一方面在很大程度上也起到了節(jié)能和降低煤礦行業(yè)生產(chǎn)成本的目的，相信這種技術(shù)的應(yīng)用能夠不斷地推動煤礦行業(yè)的發(fā)展。

［1］孫長春．煤礦機電一體化技術(shù)研究進展［J］．現(xiàn)代礦業(yè)，2009（4）

［2］王忠江，趙明星．煤礦機電安全生產(chǎn)的精細化管理［J］．科技資訊 ，2011（17）

［3］張云飛．變頻技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用［J］．陜西煤炭，2011（1）

［4］成曉平．變頻技術(shù)在深井潛水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用［A］．煤炭機電與自動化實用技術(shù)［C］，2012

［5］韓煥勝．變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦通風(fēng)工作中的應(yīng)用［J］．科學(xué)之友，2011（11）