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摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的進步，對煤礦機電設(shè)備的要求不斷提高，不僅要保證機電設(shè)備運行的可靠性，還要最大可能地節(jié)能。鑒于煤礦機電設(shè)備大多為大功率用電設(shè)備，節(jié)能可以創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益。為了達到這些要求，許多煤礦機電設(shè)備采用了變頻控制技術(shù)。分析了變頻控制技術(shù)的原理及優(yōu)勢，并介紹了其在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用情況，可以為認識煤礦變頻控制技術(shù)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；機電設(shè)備；變頻控制技術(shù)；節(jié)能

近年來，國家發(fā)起了節(jié)能減排的號召，煤礦企業(yè)作為能量消耗型企業(yè)更應(yīng)該行動起來。為了響應(yīng)國家的號召，煤礦企業(yè)一方面應(yīng)該引進新的煤礦機電設(shè)備，另一方面應(yīng)該對一些舊的設(shè)備進行改造[1-2]。鑒于更換設(shè)備成本較大，很多煤礦對機電設(shè)備進行了變頻控制技術(shù)改造。利用變頻控制技術(shù)的優(yōu)勢，可以提升設(shè)備的性能并滿足節(jié)能需要。變頻控制技術(shù)作為一種成熟的技術(shù)，已經(jīng)在煤礦井下得到了大范圍的推廣應(yīng)用。本文將從變頻控制技術(shù)的原理及優(yōu)勢入手展開論述，重點分析變頻控制技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用。

1變頻控制技術(shù)的原理及優(yōu)勢

1.1變頻控制技術(shù)的原理簡介

變頻控制技術(shù)是基于電力電子器件和微機控制技術(shù)發(fā)展起來的一種電源頻率控制技術(shù)，在變頻時利用電力電子器件來控制電源的波形，采用微機控制技術(shù)控制電源的頻率，通常采用的是交-直-交變頻控制技術(shù)，其原理如圖1所示。由圖1可知，變頻控制技術(shù)的電路主要分為四部分，即整流、直流、控制、逆變，這幾個部分相互作用、相輔相成。交-直-交變頻控制技術(shù)可以分為兩個過程：a)將工頻交流電轉(zhuǎn)化為直流電，這個過程稱為“整流過程”；b)將直流電轉(zhuǎn)化為所需要的交流電，這個過程稱為“逆變過程”。在變頻時，輸出電源的頻率可以通過電路來控制。將變頻后的電源接入到電動機，就可以實現(xiàn)對電動機運行的交流無極調(diào)速，極大地方便了對機電設(shè)備運行狀態(tài)的控制。

1.2變頻控制技術(shù)的優(yōu)勢

變頻控制技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面，一方面可以使機電設(shè)備的運行更加平穩(wěn)，另一方面可以使機電設(shè)備更加節(jié)能。煤礦大功率用電設(shè)備較多，在運行過程中會有大量的諧波進入到電網(wǎng)中，這會導(dǎo)致機電設(shè)備運行時出現(xiàn)一定的異常，例如振動加劇、發(fā)熱[3]。交流電源經(jīng)過變頻后波形更加標準，使交流電機在運行時更加平穩(wěn)。此外，交流電機的轉(zhuǎn)速與電源的頻率呈線性關(guān)系，采用變頻控制技術(shù)可以對電機進行無極調(diào)速，減輕設(shè)備在啟停時的振動。節(jié)能是變頻控制技術(shù)最大的優(yōu)勢。當電機的轉(zhuǎn)速由N1變化到N2時，電機的輸送功率P2/P1=(N2/N1)3。也就是說，當電機的轉(zhuǎn)速降低10%時，電機的功率降低了27%。在很多情況下，煤礦機電設(shè)備并不能達到滿負荷狀態(tài)，例如皮帶輸送機等。變頻調(diào)速技術(shù)在使用過程中能夠按照機電設(shè)備的工作量對速度進行調(diào)整，當機電設(shè)備的負荷低時，可以利用變頻控制技術(shù)降低電機的轉(zhuǎn)速，這樣可以節(jié)省大量的電能。經(jīng)過統(tǒng)計，采用變頻控制技術(shù)后，機電設(shè)備將節(jié)能30%～80%，這可為煤礦創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。

2煤礦機電設(shè)備中變頻控制技術(shù)的應(yīng)用分析

在煤礦生產(chǎn)中，可以應(yīng)用變頻控制技術(shù)的機電設(shè)備比較多。下面以礦井通風(fēng)機、礦井提升機和皮帶輸送機為例，分析變頻控制技術(shù)的應(yīng)用情況。

2.1變頻控制技術(shù)在通風(fēng)機中的應(yīng)用

通風(fēng)機是礦井通風(fēng)的主要動力，對煤礦的安全開采十分重要。過去，礦井通風(fēng)機通常以恒定的功率運行，風(fēng)量調(diào)節(jié)主要靠調(diào)整風(fēng)機葉片的安裝角來實現(xiàn)，十分煩瑣。礦井通風(fēng)機的工況點與通風(fēng)阻力有很大的關(guān)系，若礦井通風(fēng)阻力變化，而風(fēng)量不變，則通風(fēng)機可能處于低效率工況點運行。眾所周知，通風(fēng)機消耗的電能有時會占到礦井總消耗電能的50%以上，導(dǎo)致機電設(shè)備處于低效率工況點運行時，大量的電能被白白浪費，降低了煤礦的經(jīng)濟效益。為此，很多煤礦對礦井通風(fēng)機進行了變頻控制技術(shù)改造，根據(jù)礦井通風(fēng)阻力的變化來自動調(diào)節(jié)風(fēng)量，這極大地改善了通風(fēng)機的運行狀態(tài)，使通風(fēng)機始終處于一個高效的工況點。雖然在進行變頻控制技術(shù)改造時需要投入大量的資金，但是一兩年內(nèi)就可以收回成本。經(jīng)過統(tǒng)計，采用變頻控制技術(shù)后，礦井通風(fēng)機將節(jié)能30%以上，可以為礦井節(jié)省一定的運行成本。另外，采用變頻控制技術(shù)后，風(fēng)機的運行更加平穩(wěn)，這有助于延長通風(fēng)機的使用壽命，降低通風(fēng)機的維護及檢修成本。

2.2變頻控制技術(shù)在礦井提升機中的應(yīng)用

礦井提升機是一種重要的井上到井下的運輸設(shè)備，其主要負責(zé)人員、材料、設(shè)備以及煤炭的運輸。在提升機運行過程中，其需要頻繁地啟停、調(diào)速，對控制系統(tǒng)有較高的要求。過去，主要是通過轉(zhuǎn)子串電阻的方法來對提升機進行調(diào)速，且調(diào)速是分擋位的。雖然這種調(diào)速方式操作簡單，但是很多電能被白白浪費在電阻上，而且在調(diào)速時機械式開關(guān)存在失控的危險。此外，在提升機啟動或停止時，會產(chǎn)生巨大的沖擊力，加速鋼絲繩的損壞。為此，很多煤礦對提升機進行了變頻控制技術(shù)改造。改造后，提升機的啟停變得更加平穩(wěn)，不會對鋼絲繩產(chǎn)生較大的沖擊。在調(diào)速時可以實現(xiàn)無極調(diào)速，系統(tǒng)運行更加可靠且更加節(jié)能。變頻后電源的質(zhì)量得到了保證，使得提升機和鋼絲繩的檢修次數(shù)大大減少，有助于降低設(shè)備運行維護的成本。

2.3變頻控制技術(shù)在皮帶輸送機中的應(yīng)用

皮帶輸送機是煤礦井下重要的煤炭運輸設(shè)備，保證其運行的可靠性對于工作面的正常回采十分重要。過去，皮帶輸送機總是以恒定的功率運行，而皮帶輸送機的裝煤量不是固定的。此外，煤礦工作面并不總是處于生產(chǎn)狀態(tài)，在換班的一段時間內(nèi)煤礦皮帶機還可能處于空載狀態(tài)，導(dǎo)致其運行過程中有很多功率被浪費[4]。電網(wǎng)中存在諧波，導(dǎo)致皮帶輸送機的運行速度不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)斷帶、打滑事故。鑒于這種情況，很多煤礦對皮帶輸送機進行了變頻控制技術(shù)改造。采用變頻控制技術(shù)后，皮帶輸送機運行時可以根據(jù)裝煤量實時調(diào)節(jié)運行速度，運行更加平穩(wěn)和節(jié)能，斷帶、打滑以及跑偏的情況大幅度減少，這有助于延長皮帶輸送機的使用壽命，降低皮帶輸送機的維修維護成本。

3結(jié)語

在煤礦生產(chǎn)中，提升機電設(shè)備的可靠性和節(jié)能性十分重要。為此，很多煤礦對機電設(shè)備進行了變頻控制技術(shù)改造。變頻控制技術(shù)是基于電力電子器件和微機控制技術(shù)發(fā)展起來的一種電源頻率控制技術(shù)，其優(yōu)勢在于使機電設(shè)備運行更加平穩(wěn)和節(jié)能。通過分析變頻控制技術(shù)在通風(fēng)機、提升機和皮帶輸送機中的應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，采用變頻控制技術(shù)后，機電設(shè)備的運行速度具有較強的可調(diào)控性，操作相對簡單，設(shè)備工作效率得以提升。更為重要的是，采用變頻控制技術(shù)可以延長機電設(shè)備的使用壽命，從長遠來看，有助于降低設(shè)備更換的成本。

參考文獻：

［1］徐國祥，殷濤.變頻控制技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用［J］.中國設(shè)備工程，2020(16)：182-183.

［2］施紅星.變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用分析［J］.科技經(jīng)濟導(dǎo)刊，2020，28(21)：64.

［3］崔瑾.變頻控制技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用［J］.陜西煤炭，2020，39(3)：187-189.

［4］段麗芬.變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用分析［J］.中國設(shè)備工程，2020(6)：243-244.

作者：劉永建 單位：山西焦煤集團有限責(zé)任公司杜兒坪煤礦