浅谈变频技术在我国煤矿机电设备中的应用.doc

浅谈变频技术在我国煤矿机电设备中的应用 【摘 要】煤矿开采中，提升、通风等方面的设备对电能的利用效率较低，浪费严重，应用变频技术，可以很好地解决这一问题。在当前煤矿开采作业中，机械设备的用电量占用电总量的70以上，因此变频技术具有很大的节能潜力。 【关键词】变频技术；煤矿；机电设备 随着我国的大功率输出技术、计算机与电子信息技术及自动化控制等技术快速发展，y也带动了机电设备变频技术的发展。目前社会上提倡的节约及环保等理念，也需要变频、自动化控制等技术的大力支持。在矿山开采过程中，机电设备耗能极高，这给社会与环境均带来很大的压力，而提升、通风、压风及排水等设备所损耗掉的电能量，浪费严重。因此，变频控制技术的应运而生，解决了节能这一问题，在煤矿的持续发展中，变频技术的应用也将越来越广泛。 1 煤矿机电设备中的变频技术概述 在煤矿机电设备的动力设计过程中，机器设备在正常使用过程中并没有必要在满载负荷的情况下进行长时间工作，为使设备既能满足工作动力要求又不造成能源浪费，很有必要在设备使用过程中融入变频技术，避免设备产生多余的力矩。变频技术包括了点击传动技术、电力电子技术以及计算机技术，是一门结合强弱电与机械设备的综合技术。变频技术的基本原理就是通过半导体元件将工频电流信号转换为其他频率，再将转换的工频交流电进一步转换为直流电，依靠逆变器对电压和电流进行控制调节，使机电设备能够达到无级调速。更进一步地讲，煤矿机电设备中的变频技术就是利用电机转速与电流频率之间的同比增长关系，通过改变电流频率来控制电机转速，实现对机电设备的有效合理控制。通过变频技术能够实现对电机的平稳、自动加减速控制，提高电机的工作效率并减小能源消耗。变频器的电路通常分为四个部分，包括整流、直流、逆变和控制部分，各个部分相辅相成，共同控制着电机的工作，共同实现对设备转速的自动、节能、高效控制。 随着全国各地煤矿资源的不断开采，可利用的煤矿资源越来越少，各个煤矿开采企业之间的竞争也越来越激烈，煤炭企业作为用电大户，吨煤电耗已经作为煤矿企业的一项重要经营指标，能否有效提高机械设备的节能效率、减少污染排放在很大程度上决定着企业的综合竞争力。在煤矿机械电设备中融入变频技术是节能减排、提高企业竞争力、保护环境、保证企业长期稳定发展的一项重要举措。在当前煤矿开采作业中，机械设备的用电量占用电总量的70以上，因此变频技术具有很大的节能潜力，是煤矿开采企业节能减排的关键，在煤矿生产中具有十分重要的意义。 2 变频控制技术在煤矿机电中的应用 2.1 在提升机中的应用 在矿井生产过程中，提升机主要承担安全输送施工物料与施工人员，作用显著。其通常的传统方式是先将其金属电阻与电动机的转子电路内部相连接，再借助鼓型控制器及接触器来切除电阻展开调速。而在这一过程中电阻能会出现大量的消耗现象且散热性能较差。因电阻的调速范围较小，引发精确度过低。在减速段及下放过程中需动力制动直流电源与低频电源，易导致设备受损，带来较大的电能浪费，而在这个阶段起安全性能也会受到质疑。同时制约了矿山的安全生产与经济运行效率。 若变频控制技术应用在矿井提升机驱动系统中，可在一定程度上避免许多弊病，一方面达到无级平稳的加、减速；另一方面也可提高系统各方面的性能，从而增强对各方面的稳固，优点包括，可借助编程器的指令运行程序编写，稳定电控系统中继电器的逻辑关系，也可稳固电路图及梯形图之间的相互转换；控制的精度较高，具有可扩展性，采用修改内部系统就能完成对其系统功能各项参数的转化；因外部的线路控制运行的继电器数量较少，因此故障也会随之减少；速度与制动时通过电气控制，在一定程度上减少系统冲击，减弱机械受磨损，进而增加了设备的使用寿命。系统的故障可借助触摸显示屏与编程器检测；回馈制动方面，在提升机负力的状态过程中，电机产生的再生能量直接反馈到电网内，电能的节约明显提升。 2.2 在采煤机中的应用 采煤机与提升机一样，都具有启停频繁、变速复杂的特点，在引入变频器时就应该考虑进行四象限工作。采用四象限工作形式能够对采煤机进行较大范围的控制和调节，确保采煤机的牵引速度能够保持在一个较为稳定的水平，避免机器出现溜车、下滑等现象。此外，引入变频技术后采煤机的操作也相对简单，控制更加精确。 2.3 在皮带机中的应用 皮带机的功率是借助绕线电机经转子绕组降压启动再进行工频巡行，通过液力耦合器转换到皮带机。其工作原理借助驱动轮毂，通过摩擦力带动皮带运动，而皮带通过其明显的张力变形与摩擦力带动运行于滚轴上。转子串接电阻改变转矩与减压空载启动等措施，启动电流较大，易产生电网电压发生剧烈的波动、发热及电机内部机械冲激等现象。因启动的时间较短，在一定程度上增强了皮带的断裂与老化，这就需要皮带的韧性够强。液力耦合器在运转过程中会引发内部的油温升高，其部件磨碎程度增大等，不仅增加了维修难度和成本，对环境也有破坏作用，致使功率的平均及同步问题难以解决。运用变频技术完成皮带传输机的软起、软停等，稳固皮带机工作性能。经过改造，系统可按照负载的转化情况，调节输出的频率及力矩，改善原来电机工频的恒速运行模式，节约电能的消耗。系统功率的因数若在过程中上升到90，可大大提高其工作效率。高压变频器运用了皮带机的能量回馈功能，为节约能源消耗做出贡献，也降低了其他方面的设备维护费用，节约了生产成本。 2.4 在通风机中的应用 矿山施工中，通风机内的主扇风机在煤矿生产中占据重要的地位。是矿井的主要通风设备，其运转的时间较长，普遍称之为矿井施工中的呼吸系统。但随着挖掘与开采技术的不断发展，井下施工的风压也不断在增加，通风机所需的功率明显增大。因此，变频调速技术的出现，可通过巷道的风量需求展开调速，在一定程度上减少了电能的消耗量，应用效果十分显著。 2.5 在水泵上的应用 在煤矿生产中，水流量要求处于变工况运行。而在调节水泵流量时，实际采用的办法是机械调节阀门开度来实现，此时水泵的拖动电机处于恒速运转状态，很不经济。若通过变频器控制转速来调节流量，就具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。据文献显示，我国几十个大型煤矿集团公司现有主排水泵5000 多台，其年排水电耗约为30 亿kWh，占矿井总用电量的30左右，所以对煤矿用水泵进行变频节能改造极具现实意义。 3 变频调速技术在煤矿中的应用前景 变频调速技术不仅能使风机、泵类机械根据要求流量调节转速，节约大量的电能，还可根据负载调节并降低转速，以减小机械和风的噪声。对于输送机可实现平滑加速、减速，产生性能优良的软起动效果，特别是重负载起动时，可提升输出转矩，产生普通软起动器所达不到的效果，由于采用了对设备不产生冲击的起动、停止和空载时低速或高速运行，可增加设备的使用寿命。另外，变频技术对生产自动化、提高产品质量、提高生产率及产品合格率有明显的效果。因此，煤矿井下的风机、水泵、提升机、运输机、采煤机、绞车、压缩机等机械的负载都比较适合变频调速控制。 参考文献 [1]贺和平.浅析变频和变速技术在煤矿生产中的应用[J].太原科技.2009（02）. [2]李海燕，李海宝，赵汗青，王学惠.数字变频调速技术在煤矿电机中的应用研究[J].煤矿机械.2009（04）. [3]马修成.基于变频技术的煤矿机电设备应用分析[J].中国新技术新产品.2009（10）. 作者简介 严邦武（1973）男，安徽六安人，1998年毕业于湖南湘潭工学院机械工程系，现工作于淮南矿业集团有限公司审计处，专业机电工程管理与造价。