煤礦機電變頻控制技術與節(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)過程，能耗所帶來的費用一直是煤礦生產(chǎn)成本的重要構成部分，因此實現(xiàn)能耗的有效降低對于煤礦生產(chǎn)的持續(xù)開展和效益提升具有意義重大。在分析變頻節(jié)能技術及變頻控制技術基本原理的基礎上，對變頻控制技術應用的必要性及其在井下機電設備中的應用進行了分析，希望能夠為其他煤礦相似工程的開展提供借鑒與參考。

關鍵詞：煤礦；機電控制；變頻技術；節(jié)能

0引言

進入新時代以來，中國工業(yè)生產(chǎn)技術獲得快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大使得工業(yè)生產(chǎn)能耗不斷增加，如何在工業(yè)生產(chǎn)中通過有效的技術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)普遍重視的問題。特別是對于煤礦企業(yè)來說，作為典型的能耗大戶，高效節(jié)能技術的應用對于煤礦綜合效益的提升影響顯著。而變頻控制技術就是一種十分高效的節(jié)能技術，將其應用在煤礦生產(chǎn)中，不僅可以降低能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，還可以改善設備運行狀態(tài)，延長設備使用周期，實現(xiàn)煤礦效益最大化[1]。

1變頻節(jié)能技術概述

變頻節(jié)能技術是一種借助半導體器件，通過對作業(yè)時交流電源頻率的調(diào)控，實現(xiàn)電源供應與設備能耗的實時匹配，最大程度減少無功功率，達到降低能耗的目的[2]。該技術應用的核心組件就是變頻裝置，其主要構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，通過將變頻裝置添加入生產(chǎn)設備控制線路中，實現(xiàn)對設備動力組件運行頻率的調(diào)控，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)設備運行速度的控制。而對于煤礦生產(chǎn)機電設備而言，其不同作業(yè)狀態(tài)下的負載會存在較大差別，通過增設變頻裝置使得設備根據(jù)不同作業(yè)任務輸出相應的作業(yè)功率，在最大程度上降低能耗，提升設備性能，實現(xiàn)煤礦綜合效益的提升[3]。

2變頻控制技術基本原理分析

變頻裝置作業(yè)時，生產(chǎn)設備運行所需的工頻電源首先經(jīng)過整流裝置，通過整流裝置的處理，本不可直接調(diào)控電壓及頻率的交流電被轉換為直流電，隨后根據(jù)實際作業(yè)狀況，對直流電的幅值及頻率進行調(diào)控，調(diào)控完成后再通過逆變裝置將直流電轉化為煤礦生產(chǎn)設備作業(yè)所需的交流電，進而驅動生產(chǎn)設備開展生產(chǎn)作業(yè)[4]。一般來說，為確保變頻裝置運行的高效、安全，還需配設一些相應的輔助裝置，比如噪聲消除器、空氣自動開關等，用于提升電流輸出的安全性和穩(wěn)定性。同時，根據(jù)以往工程實踐數(shù)據(jù)匯總分析發(fā)現(xiàn)，變頻狀態(tài)下各類設備的運行效率相較于工頻狀態(tài)下均會呈現(xiàn)不同程度的提升。

3變頻控制技術應用的必要性分析

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)運輸設備的使用不當引起的。近些年，伴隨中國煤礦安全管理力度的持續(xù)加大，井下生產(chǎn)設備運行安全標準不斷提升。這種情況下，通過應用變頻控制技術確保井下設備運行的有效性，在降低能耗的同時最大限度地提升設備運行穩(wěn)定性和延長設備使用壽命，對于提高煤礦安全性意義重大。特別是隨著現(xiàn)代智能技術的發(fā)展，變頻作業(yè)的效率得到了進一步提升，其對煤礦生產(chǎn)綜合效率的改變更加明顯，不斷推廣應用該項技術意義重大[5]。

4變頻控制技術在井下機電設備中的應用分析

4.1應用于井下提升機中

提升機是實現(xiàn)井下煤炭向地面運輸?shù)闹饕O備，運行過程中往往需要進行速度的多次調(diào)控，以往傳統(tǒng)的電控技術雖然也能夠完成這一任務，但其調(diào)速安全性相對較低且能耗巨大。通過將變頻控制技術應用于井下提升作業(yè)中，在有效提升設備運行穩(wěn)定性的同時還可根據(jù)運載貨物的不同對速度進行實時調(diào)控，這不僅有助于確保物料或人員運輸?shù)母咝?、安全，還能最大限度地減少對提升機各構成組件的磨損，從而顯著降低設備運行故障率，進一步增強安全性。目前，專配于提升機上的變頻裝置已經(jīng)問世，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應用于作業(yè)面采煤機中

作為井下煤炭回采的直接設備，采煤機生產(chǎn)故障的發(fā)生會直接造成整個生產(chǎn)回采作業(yè)面的停運，而通過引入變頻控制技術，則可以極大程度改善這一問題?，F(xiàn)階段，中國變頻控制技術的應用水平較高，實際應用中借助變頻控制技術可以實現(xiàn)采煤機的恒速運行，并且確保不出現(xiàn)下滑跑車等現(xiàn)象，使得作業(yè)的有效性大幅提升。此外，變頻控制技術的引入也使得采煤控制系統(tǒng)變得更加簡潔、快速，操作速度明顯提升。

4.3應用于皮帶運輸中

從原理層面來看，變頻控制技術在皮帶運輸中的應用與其在提升機中的應用基本相同。在煤炭運輸中，滾筒與皮帶間的摩擦力越大，則皮帶運輸時可承載的重量越大，一次性運輸?shù)拿禾苛烤驮蕉?，同時對設備運行造成的壓力也就越大。因此，變頻控制技術在皮帶運輸中的應用就是為設備負荷和煤炭運輸提供了一個平衡點，從而實現(xiàn)能耗、速度及運量的最佳匹配[6]。過去，為了提升設備運行安全性，多通過液力耦合器進行皮帶軟啟動，但在長時間的使用中極易加速皮帶老化，引發(fā)斷裂。而變頻控制技術的應用可以有效降低設備在啟動時的電流，從而最大程度規(guī)避瞬時啟動大電流對設備的損壞，在實現(xiàn)能耗有效降低的同時延長設備使用周期，實現(xiàn)安全、長期回采。

4.4應用于流體負荷設備中

在流體變頻設備中運用變頻控制技術，能夠實現(xiàn)對井下風機或水泵運行的變頻調(diào)速。其中，變頻控制技術在風機中的應用，可以大幅降低風機運行的最低轉速，實現(xiàn)風機運行能耗的大幅減少，同時提升通風的效率。在井下水泵運行中應用變頻控制技術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)井下實際涌水量進行抽排水作業(yè)，最大程度降低能耗，避免不必要的能源浪費。

5結語

煤礦生產(chǎn)是一種典型的大能耗生產(chǎn)過程，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)實際中有效運用變頻控制技術，通過變頻裝置的廣泛使用，實現(xiàn)井下各項工序作業(yè)量與能耗的最佳匹配，以最小的能耗實現(xiàn)最優(yōu)的作業(yè)效率，從而在實現(xiàn)煤礦有效運轉的同時盡可能降低能耗，為煤礦生產(chǎn)綜合效益的持續(xù)提升提供堅實保障。

參考文獻：

［1］劉輝.煤礦主通風機節(jié)能改造分析及實踐［J］.煤礦機械，2019，40(8)：126-127.

［2］劉杰.變頻節(jié)能技術在煤礦機電設備中的應用［J］.陜西煤炭，2019，38(2)：177-178.

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

作者：楊向明 單位：山西蘭花同寶煤業(yè)有限公司