煤礦機(jī)電變頻控制技術(shù)與節(jié)能淺談

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摘要：煤礦生產(chǎn)是一種典型的大能耗生產(chǎn)過(guò)程，能耗所帶來(lái)的費(fèi)用一直是煤礦生產(chǎn)成本的重要構(gòu)成部分，因此實(shí)現(xiàn)能耗的有效降低對(duì)于煤礦生產(chǎn)的持續(xù)開(kāi)展和效益提升具有意義重大。在分析變頻節(jié)能技術(shù)及變頻控制技術(shù)基本原理的基礎(chǔ)上，對(duì)變頻控制技術(shù)應(yīng)用的必要性及其在井下機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，希望能夠?yàn)槠渌旱V相似工程的開(kāi)展提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：煤礦；機(jī)電控制；變頻技術(shù)；節(jié)能

0引言

進(jìn)入新時(shí)代以來(lái)，中國(guó)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)獲得快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大使得工業(yè)生產(chǎn)能耗不斷增加，如何在工業(yè)生產(chǎn)中通過(guò)有效的技術(shù)手段提升能源利用水平、降低生產(chǎn)能耗，早已成為工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)普遍重視的問(wèn)題。特別是對(duì)于煤礦企業(yè)來(lái)說(shuō)，作為典型的能耗大戶(hù)，高效節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于煤礦綜合效益的提升影響顯著。而變頻控制技術(shù)就是一種十分高效的節(jié)能技術(shù)，將其應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)中，不僅可以降低能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，還可以改善設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，延長(zhǎng)設(shè)備使用周期，實(shí)現(xiàn)煤礦效益最大化[1]。

1變頻節(jié)能技術(shù)概述

變頻節(jié)能技術(shù)是一種借助半導(dǎo)體器件，通過(guò)對(duì)作業(yè)時(shí)交流電源頻率的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)電源供應(yīng)與設(shè)備能耗的實(shí)時(shí)匹配，最大程度減少無(wú)功功率，達(dá)到降低能耗的目的[2]。該技術(shù)應(yīng)用的核心組件就是變頻裝置，其主要構(gòu)成部分包括逆變裝置、整流用晶閘管、脈沖發(fā)生器及中間直流裝置等，如圖1所示。作業(yè)時(shí)，通過(guò)將變頻裝置添加入生產(chǎn)設(shè)備控制線(xiàn)路中，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備動(dòng)力組件運(yùn)行頻率的調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行速度的控制。而對(duì)于煤礦生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備而言，其不同作業(yè)狀態(tài)下的負(fù)載會(huì)存在較大差別，通過(guò)增設(shè)變頻裝置使得設(shè)備根據(jù)不同作業(yè)任務(wù)輸出相應(yīng)的作業(yè)功率，在最大程度上降低能耗，提升設(shè)備性能，實(shí)現(xiàn)煤礦綜合效益的提升[3]。

2變頻控制技術(shù)基本原理分析

變頻裝置作業(yè)時(shí)，生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行所需的工頻電源首先經(jīng)過(guò)整流裝置，通過(guò)整流裝置的處理，本不可直接調(diào)控電壓及頻率的交流電被轉(zhuǎn)換為直流電，隨后根據(jù)實(shí)際作業(yè)狀況，對(duì)直流電的幅值及頻率進(jìn)行調(diào)控，調(diào)控完成后再通過(guò)逆變裝置將直流電轉(zhuǎn)化為煤礦生產(chǎn)設(shè)備作業(yè)所需的交流電，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備開(kāi)展生產(chǎn)作業(yè)[4]。一般來(lái)說(shuō)，為確保變頻裝置運(yùn)行的高效、安全，還需配設(shè)一些相應(yīng)的輔助裝置，比如噪聲消除器、空氣自動(dòng)開(kāi)關(guān)等，用于提升電流輸出的安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)，根據(jù)以往工程實(shí)踐數(shù)據(jù)匯總分析發(fā)現(xiàn)，變頻狀態(tài)下各類(lèi)設(shè)備的運(yùn)行效率相較于工頻狀態(tài)下均會(huì)呈現(xiàn)不同程度的提升。

3變頻控制技術(shù)應(yīng)用的必要性分析

在以往的煤礦生產(chǎn)中，許多安全事故的出現(xiàn)均是由井下生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備的使用不當(dāng)引起的。近些年，伴隨中國(guó)煤礦安全管理力度的持續(xù)加大，井下生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行安全標(biāo)準(zhǔn)不斷提升。這種情況下，通過(guò)應(yīng)用變頻控制技術(shù)確保井下設(shè)備運(yùn)行的有效性，在降低能耗的同時(shí)最大限度地提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性和延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，對(duì)于提高煤礦安全性意義重大。特別是隨著現(xiàn)代智能技術(shù)的發(fā)展，變頻作業(yè)的效率得到了進(jìn)一步提升，其對(duì)煤礦生產(chǎn)綜合效率的改變更加明顯，不斷推廣應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)意義重大[5]。

4變頻控制技術(shù)在井下機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用分析

4.1應(yīng)用于井下提升機(jī)中

提升機(jī)是實(shí)現(xiàn)井下煤炭向地面運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，運(yùn)行過(guò)程中往往需要進(jìn)行速度的多次調(diào)控，以往傳統(tǒng)的電控技術(shù)雖然也能夠完成這一任務(wù)，但其調(diào)速安全性相對(duì)較低且能耗巨大。通過(guò)將變頻控制技術(shù)應(yīng)用于井下提升作業(yè)中，在有效提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的同時(shí)還可根據(jù)運(yùn)載貨物的不同對(duì)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，這不僅有助于確保物料或人員運(yùn)輸?shù)母咝?、安全，還能最大限度地減少對(duì)提升機(jī)各構(gòu)成組件的磨損，從而顯著降低設(shè)備運(yùn)行故障率，進(jìn)一步增強(qiáng)安全性。目前，專(zhuān)配于提升機(jī)上的變頻裝置已經(jīng)問(wèn)世，其具備優(yōu)良的兼容性，為煤礦生產(chǎn)效益的提升提供了極大的幫助。

4.2應(yīng)用于作業(yè)面采煤機(jī)中

作為井下煤炭回采的直接設(shè)備，采煤機(jī)生產(chǎn)故障的發(fā)生會(huì)直接造成整個(gè)生產(chǎn)回采作業(yè)面的停運(yùn)，而通過(guò)引入變頻控制技術(shù)，則可以極大程度改善這一問(wèn)題。現(xiàn)階段，中國(guó)變頻控制技術(shù)的應(yīng)用水平較高，實(shí)際應(yīng)用中借助變頻控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的恒速運(yùn)行，并且確保不出現(xiàn)下滑跑車(chē)等現(xiàn)象，使得作業(yè)的有效性大幅提升。此外，變頻控制技術(shù)的引入也使得采煤控制系統(tǒng)變得更加簡(jiǎn)潔、快速，操作速度明顯提升。

4.3應(yīng)用于皮帶運(yùn)輸中

從原理層面來(lái)看，變頻控制技術(shù)在皮帶運(yùn)輸中的應(yīng)用與其在提升機(jī)中的應(yīng)用基本相同。在煤炭運(yùn)輸中，滾筒與皮帶間的摩擦力越大，則皮帶運(yùn)輸時(shí)可承載的重量越大，一次性運(yùn)輸?shù)拿禾苛烤驮蕉?，同時(shí)對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成的壓力也就越大。因此，變頻控制技術(shù)在皮帶運(yùn)輸中的應(yīng)用就是為設(shè)備負(fù)荷和煤炭運(yùn)輸提供了一個(gè)平衡點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)能耗、速度及運(yùn)量的最佳匹配[6]。過(guò)去，為了提升設(shè)備運(yùn)行安全性，多通過(guò)液力耦合器進(jìn)行皮帶軟啟動(dòng)，但在長(zhǎng)時(shí)間的使用中極易加速皮帶老化，引發(fā)斷裂。而變頻控制技術(shù)的應(yīng)用可以有效降低設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)的電流，從而最大程度規(guī)避瞬時(shí)啟動(dòng)大電流對(duì)設(shè)備的損壞，在實(shí)現(xiàn)能耗有效降低的同時(shí)延長(zhǎng)設(shè)備使用周期，實(shí)現(xiàn)安全、長(zhǎng)期回采。

4.4應(yīng)用于流體負(fù)荷設(shè)備中

在流體變頻設(shè)備中運(yùn)用變頻控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下風(fēng)機(jī)或水泵運(yùn)行的變頻調(diào)速。其中，變頻控制技術(shù)在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用，可以大幅降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行的最低轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗的大幅減少，同時(shí)提升通風(fēng)的效率。在井下水泵運(yùn)行中應(yīng)用變頻控制技術(shù)則可以大幅提升水泵操作的效率和靈活性，使得水泵根據(jù)井下實(shí)際涌水量進(jìn)行抽排水作業(yè)，最大程度降低能耗，避免不必要的能源浪費(fèi)。

5結(jié)語(yǔ)

煤礦生產(chǎn)是一種典型的大能耗生產(chǎn)過(guò)程，能耗一直是制約煤礦綜合效益提升的主要因素之一。因此，在煤礦生產(chǎn)實(shí)際中有效運(yùn)用變頻控制技術(shù)，通過(guò)變頻裝置的廣泛使用，實(shí)現(xiàn)井下各項(xiàng)工序作業(yè)量與能耗的最佳匹配，以最小的能耗實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的作業(yè)效率，從而在實(shí)現(xiàn)煤礦有效運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)盡可能降低能耗，為煤礦生產(chǎn)綜合效益的持續(xù)提升提供堅(jiān)實(shí)保障。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉輝.煤礦主通風(fēng)機(jī)節(jié)能改造分析及實(shí)踐［J］.煤礦機(jī)械，2019，40(8)：126-127.

［2］劉杰.變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用［J］.陜西煤炭，2019，38(2)：177-178.

［3］成榮杰.變頻調(diào)速永磁電機(jī)在井下大巷帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2018(1)：8.

作者：楊向明 單位：山西蘭花同寶煤業(yè)有限公司