煤礦機(jī)電設(shè)備中高壓變頻器的選型及應(yīng)用分析

蘇健

摘? ?要：國內(nèi)不少煤礦機(jī)電設(shè)備應(yīng)用落后的調(diào)速方式，這不僅使很多電能浪費(fèi)，還縮短了機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用年限。而高壓變頻器在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用，不但能夠使煤礦機(jī)電設(shè)備的性能大大優(yōu)化，而且能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦產(chǎn)量的提升與能源消耗的減小。為此，本文分析了煤礦機(jī)電設(shè)備中高壓變頻器的合理選型以及在煤礦采煤機(jī)、通風(fēng)機(jī)、提升機(jī)中的應(yīng)用問題。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器? 煤礦? 機(jī)電設(shè)備? 選型? 應(yīng)用

近年來，隨著持續(xù)增加煤礦產(chǎn)量，人們一方面想要實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)電設(shè)備工作效率的提升，另一方面也想要實(shí)現(xiàn)其能耗的減小。為了使這個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，需要將高壓變頻器應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)電設(shè)備工作性能與效率的提升，從而切實(shí)推動(dòng)煤礦企業(yè)的穩(wěn)定與健康發(fā)展。

1? 煤礦機(jī)電設(shè)備中高壓變頻器的合理選型

1.1 根據(jù)功率合理選擇高壓變頻器的類型

以功率作為視角而言，選擇高壓變頻器時(shí)需要注意下面一些問題：一是最適宜選用跟電機(jī)功率相同的變頻器功率值，這樣有助于高壓變頻器運(yùn)行的高效化。二是當(dāng)變頻器功率分級(jí)跟電機(jī)功率分級(jí)不一致的情況下，需要盡量地使變頻器的功率跟電機(jī)功率相接近，即需要比電機(jī)功率稍大。三是針對(duì)處在制動(dòng)運(yùn)行狀況、頻繁啟動(dòng)、頻繁和重載啟動(dòng)的電機(jī)，能夠選擇大一級(jí)功率的變頻器，確保其安全與穩(wěn)定運(yùn)行。四是在測(cè)試之后，倘若電機(jī)的功率比較富裕，能夠選擇比電機(jī)功率小的變頻器，然而，需要重視瞬時(shí)峰值電流是不是導(dǎo)致過電流保護(hù)動(dòng)作。五是在電機(jī)功率與變頻器功率不一致的情況下，需要對(duì)設(shè)置的節(jié)能程序進(jìn)行調(diào)整，從而使更佳的節(jié)能成效實(shí)現(xiàn)。

1.2 根據(jù)控制方式合理選擇高壓變頻器的類型

異步電機(jī)與通用高壓變頻器組成的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)存在閉環(huán)控制與開環(huán)控制的兩種方式。通常開環(huán)控制方式應(yīng)用無速度傳感器矢量控制和一般功能的U/f 控制高壓變頻器。開環(huán)控制運(yùn)行穩(wěn)定、構(gòu)造簡單，然而，缺少動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性不高、調(diào)速精度低，特別是在低速區(qū)域較為凸顯，僅僅適宜于精度標(biāo)準(zhǔn)一般的地方。通常閉環(huán)控制方式結(jié)合有速度傳感器矢量控制、U/f 控制（帶 PID 控制器）變頻器控制高壓變頻器，應(yīng)用于pH值、張力、流量、溫度、位置、速度、壓力等過程參數(shù)控制的地方。應(yīng)用有速度傳感器矢量控制的變頻器應(yīng)將一個(gè)編碼器或速度傳感器安裝在異步電機(jī)上，其輸出量輸入至變頻器中組合而成閉環(huán)系統(tǒng)。如此控制方式較為理想，其能夠?qū)崿F(xiàn)至少l∶l000的調(diào)速范圍，以及還能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制的精確化，該系統(tǒng)性能佳、動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速，在需要特殊精度控制的地方特別適宜應(yīng)用。

1.3 根據(jù)負(fù)載種類合理選擇高壓變頻器的類型

高壓變頻器負(fù)載種類不一致，其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系也存在差異性，因此需要結(jié)合負(fù)載特性合理選擇高壓變頻器。以生產(chǎn)機(jī)械的特性而言，一般劃分為恒功率負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、水泵與風(fēng)機(jī)類降轉(zhuǎn)矩負(fù)載。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的變頻器能夠在水泵和風(fēng)機(jī)類負(fù)載中應(yīng)用，降轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的變頻器不可以在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性負(fù)載中應(yīng)用。針對(duì)結(jié)合U/f 控制方式實(shí)現(xiàn)恒功率負(fù)載特性，卻缺少恒功率負(fù)載變頻器。然而，有一部分變頻器適宜于很多種的負(fù)載種類。

2? 煤礦機(jī)電設(shè)備中高壓變頻器的應(yīng)用

2.1 采煤機(jī)中高壓變頻器的應(yīng)用

采煤機(jī)中經(jīng)常應(yīng)用高壓變頻器。在進(jìn)行采煤時(shí)，往往受到特殊操作技術(shù)、煤礦條件的制約，而經(jīng)常造成采煤工作的正常開展。這就要求煤礦企業(yè)將采煤場地環(huán)境條件與采煤機(jī)的關(guān)系處理好，確保操作的穩(wěn)定與高效。在采煤機(jī)上安裝高壓變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)理想的作業(yè)效果。在操作性上，采煤機(jī)比之前尤為簡便和靈活。這促進(jìn)了采煤機(jī)的升級(jí)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)開采優(yōu)勢(shì)的拓展，推動(dòng)了采煤工作量的大大增加。并且，采煤機(jī)上安裝高壓變頻器，將浪費(fèi)能源的問題解決。像是運(yùn)行過程中的采煤機(jī)為了避免有時(shí)候碰到夾矸，常常應(yīng)用比實(shí)際運(yùn)行功率大的電機(jī)，往往通過增加40%～50%的負(fù)荷實(shí)現(xiàn)運(yùn)行，這會(huì)使采煤工作浪費(fèi)大量的能源，倘若在采煤機(jī)上優(yōu)化設(shè)計(jì)高壓變頻器，即改造高壓變頻器的構(gòu)造與功能，那么將實(shí)現(xiàn)電機(jī)的節(jié)能效果。

2.2 礦井提升機(jī)中高壓變頻器的應(yīng)用

由于礦井提升機(jī)的主導(dǎo)功能是強(qiáng)化地下跟地面間的聯(lián)絡(luò)，因此對(duì)礦井提升機(jī)靈敏度的要求較高。然而，在采煤場地長期應(yīng)用提升機(jī)之后，倘若缺少定期維修或換代更新，那么設(shè)備的靈敏性會(huì)大大減小。除此之外，對(duì)于提升機(jī)的應(yīng)用，需要控制其速度，避免出現(xiàn)安全事故。鑒于此，能夠?qū)⒏邏鹤冾l器安裝于礦井提升機(jī)上，結(jié)合變頻器的調(diào)速技術(shù)優(yōu)化改造提升機(jī)控制系統(tǒng)，從而有效地控制提升機(jī)的運(yùn)行速度。在進(jìn)行調(diào)速時(shí)，能夠結(jié)合調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的負(fù)荷要求。結(jié)合變頻器的有效控制，運(yùn)行過程中的提升機(jī)將變得尤為穩(wěn)定、安全、平緩，制動(dòng)運(yùn)行和信號(hào)處理尤為迅速，從而顯著提升了整體機(jī)器的性能與靈敏性。并且，傳統(tǒng)煤礦提升機(jī)的調(diào)速方式應(yīng)用繞線電機(jī)串電阻的方式，在進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)電阻會(huì)浪費(fèi)能源和資源，而高壓變頻器的一個(gè)顯著特色是實(shí)現(xiàn)節(jié)能，結(jié)合對(duì)變頻器構(gòu)造與功能的改造，能夠?qū)崿F(xiàn)提升機(jī)節(jié)能效果的大大提升，從而避免浪費(fèi)電力資源。

2.3 煤礦通風(fēng)機(jī)中高壓變頻器的應(yīng)用

通風(fēng)機(jī)作為煤礦開采中應(yīng)用的一種重要機(jī)電設(shè)備，其對(duì)礦井開采環(huán)境的安全性具備至關(guān)重要的意義。在煤礦開采場地，務(wù)必確保通風(fēng)機(jī)全天候的不間斷處在通風(fēng)狀態(tài)中。然而，在煤礦企業(yè)的實(shí)際開采環(huán)境中，難以確保全天候的順利通風(fēng)作業(yè)狀態(tài)。有的煤礦企業(yè)為了節(jié)省生產(chǎn)費(fèi)用，僅僅在開采過程中打開通風(fēng)機(jī)，而在結(jié)束開采狀態(tài)時(shí)將通風(fēng)機(jī)關(guān)閉。這樣一來，礦井通風(fēng)條件將受到消極影響，從而難以實(shí)現(xiàn)理想的通風(fēng)效果，這會(huì)威脅到煤礦工人的生命安全以及礦井的財(cái)產(chǎn)安全，從而阻礙煤礦生產(chǎn)的順利開展。作為煤礦企業(yè)而言，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的控制是非常關(guān)鍵的一個(gè)方面，為了達(dá)到這個(gè)目的，煤礦企業(yè)能夠?qū)⒏邏鹤冾l器安裝于通風(fēng)機(jī)上，這樣不但能夠?qū)崿F(xiàn)通風(fēng)機(jī)能耗的減小，減輕通風(fēng)機(jī)受到電網(wǎng)的侵害，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備應(yīng)用年限的大大延長，而且在通風(fēng)機(jī)上安裝高壓變頻器，還能夠?qū)⒌V井煤礦開采存在的安全隱患消除，從而顯著提升煤礦開采的安全系數(shù)。

3? 結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前我國積極倡導(dǎo)節(jié)能減排的形勢(shì)下，煤礦企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營過程中應(yīng)尤其重視節(jié)能降耗的問題。其中，在煤礦機(jī)電設(shè)備中注重高壓變頻器的合理選型和應(yīng)用，不但能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦機(jī)電設(shè)備靈敏性的提升和能耗的大大降低，而且能夠使機(jī)電設(shè)備更加穩(wěn)定地運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用年限的延長。

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