【摘要】目前我國礦山機電設(shè)備的使用現(xiàn)狀中，相當(dāng)廣泛地應(yīng)用到變頻技術(shù)。煤礦機電相應(yīng)設(shè)備使用穩(wěn)定性和效率的提高，無不有賴于其平緩的機械調(diào)節(jié)作用以及效果明顯的技能效用。特別是在機械動力負(fù)荷設(shè)備和流體負(fù)荷設(shè)備的實際應(yīng)用中，變頻器的作用非常重要?？梢钥隙ǖ氖?，變頻技術(shù)在未來的煤礦機電設(shè)備領(lǐng)域占據(jù)更加重要的位置。

【關(guān)鍵詞】機電設(shè)備；變頻技術(shù)；流體負(fù)荷；機械動力負(fù)荷

面對著日益緊缺的世界能源儲備現(xiàn)狀，以及不斷發(fā)展的電子電力技術(shù)，使得變頻技術(shù)受到諸多客觀因素的有力推動，引起了全球范圍內(nèi)的高度關(guān)注。在我國，科學(xué)發(fā)展觀有力地推動了電力、機械、礦山等諸多行業(yè)內(nèi)變頻技術(shù)的推廣和普及應(yīng)用。僅就煤礦企業(yè)來說，約有70%-90%的礦井企業(yè)用電量均為礦井中各個生產(chǎn)系統(tǒng)的用電。變頻技術(shù)的使用和推廣，極大地提高了機械使用效率，節(jié)約了能源消耗。

1.變頻技術(shù)的發(fā)展

伴隨著不斷進步的控制理論和電子電力技術(shù)，無論是在實際應(yīng)用還是在理論領(lǐng)域，變頻技術(shù)的發(fā)展都是較快的。IGBT、GTR在功率器件領(lǐng)域的更替，最終更深地發(fā)展成為智能功率模塊；在控制理論領(lǐng)域內(nèi)，極大地改進了壓頻比的控制方式，在實際變頻器里越發(fā)廣泛地應(yīng)用到轉(zhuǎn)矩直接控制盒矢量控制方式，最新的研發(fā)方向變?yōu)榱巳斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊自優(yōu)化控制方式；越來越高的調(diào)速系統(tǒng)集成度，使得以單片機為起點，總共產(chǎn)生出了高級專用集成電路、精簡指令集計算機和數(shù)字信號處理器；在功能領(lǐng)域，越來越高度綜合化的變頻器，使得基本的調(diào)速功能能夠被很好地完成外，增加了通信、參數(shù)辨識和內(nèi)置的可編程序等功能。這些最新最尖端的變頻技術(shù)在煤礦企業(yè)內(nèi)的推廣和使用，使得礦業(yè)機械設(shè)備的工作效率得到了極大地提高。具體而言，沒有使用變頻節(jié)能技術(shù)之前，風(fēng)機、水泵等流體機械只有20%-50%的平均運轉(zhuǎn)效率，對于采掘機、空壓機和礦井提升機等具有較大變化負(fù)荷動力的機電設(shè)備，在維護保養(yǎng)、制動、加減速和啟動等各方面的浪費極其巨大。變頻節(jié)能技術(shù)的成功應(yīng)用，完全解決了這個問題，很明顯地具有優(yōu)越的調(diào)節(jié)性能和節(jié)能效果。

2.流體負(fù)荷設(shè)備中的變頻技術(shù)

由于泵和風(fēng)機的負(fù)載轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的平方成正比，只有較低的過載能力要求，因此截流成為了一直沿用的調(diào)節(jié)流速的方式。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，2002年國有重點煤礦共有1486臺通風(fēng)機，其中絕大部分機器的通風(fēng)效率不足一半。再加上數(shù)十個大型的煤礦公司集團，在我國礦用泵、通風(fēng)機的改進和配備新設(shè)備工作中，變頻技術(shù)的作用將非常重要和明顯。

2.1 風(fēng)機變頻調(diào)速

我國目前的煤礦新上項目和風(fēng)機節(jié)能改進工作中，越來越多地應(yīng)用到了變頻器，甚至生產(chǎn)出了專門的變頻調(diào)速裝置以適應(yīng)煤礦作業(yè)環(huán)境的特殊性。相關(guān)資料表明，在楊村礦南風(fēng)井改造風(fēng)機工作中，用JS157-10型的低壓鼠籠式電動機取代了以前的JRQ-1510-10型的高壓繞阻式電動機，兩臺電機由一臺變頻器控制。經(jīng)過改造后的風(fēng)機實際轉(zhuǎn)速和電機實際輸出功率，均比原來更加節(jié)能，風(fēng)壓和風(fēng)量對于礦井的特殊性也更加適合，年節(jié)約費用50多萬。最新型的ZJT-30型本安隔爆兼變頻調(diào)速智能系統(tǒng)，其散熱方式為IGBT，具有660V的工作電壓，可帶動的局部通風(fēng)機功率為28kW，具備了實地和遠程控制功能、超溫斷電功能、保護過流短路功能、瓦斯和風(fēng)電閉鎖功能以及調(diào)整載波頻率功能。有效地使巷道礦山掘進的效率得到了提高。

2.2 泵中的變頻調(diào)速

變頻調(diào)速在給液用泵、礦區(qū)給水中的靈活應(yīng)用，有效地使設(shè)備的機械沖擊被降低，能夠更加靈活地控制工藝系統(tǒng)，使產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高。以PLC控制器和變頻器為研究基礎(chǔ)，所研制成的用于監(jiān)控煤礦井下排水泵站的系統(tǒng)，通過變頻器對抽水泵進行控制，靈活地進行適時加減速和起停平滑，使井下液位的恒定得以確保，對于泵頻繁起停和空轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的巨大能耗進行了有效地降低，同時也降低了設(shè)備機械的損耗。加入了PLC控制器，則能夠更加靈活和智能地控制變頻器，進一步確保了高效安全地生產(chǎn)運行。李莊選煤廠將變頻器安裝在介質(zhì)泵上，對于重介旋流器的入料壓力的調(diào)節(jié)，是通過在線水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)來完成，避免了增加因啟動時過大電流帶來的損耗，頻繁的起停車次數(shù)得到了減少，防止了變壓器跳電，使產(chǎn)品質(zhì)量得到提高。經(jīng)過實踐生產(chǎn)可知，變頻調(diào)速技術(shù)的成功引用，為該選煤廠年增創(chuàng)收入200多萬元。

3.機械動力負(fù)荷設(shè)備中的變頻技術(shù)

由于煤礦作業(yè)具有較多不確定因素、復(fù)雜的生產(chǎn)條件以及惡劣環(huán)境等特點，很多機電負(fù)荷設(shè)備所處的工況多是波動頻繁，極大地降低了工作效率，嚴(yán)重地?fù)p耗了設(shè)備，對于安全高效地運行煤礦作業(yè)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。而變頻技術(shù)的運用和發(fā)展，將煤礦增效節(jié)支帶入了全新的領(lǐng)域。

3.1四象限交流變頻器

由于煤礦作業(yè)環(huán)境的特殊性，比如采掘設(shè)備的坡度較大，使得電鏟、輸送機、提升機等機電設(shè)備的起停、調(diào)速十分頻繁，因此變頻器的工作必須做到四象限。整流電路在四象限變頻器的作用下，用IPM組成的可控整流橋代替了以前的全波整流橋，在電動狀態(tài)下的電機，其四象限變頻器的控制原理和方法完全等同于兩象限變頻器，即整流電路變?yōu)樗南笙拮冾l器中之前的逆變電路，之前的逆變電路則是之前的整流電路，實現(xiàn)了在電網(wǎng)內(nèi)回饋電機所產(chǎn)生的電量。

3.2在采煤機中的使用

如今的采煤機調(diào)速變頻系統(tǒng)已經(jīng)用“一拖一”代替了原來的“一拖二”。在世界范圍內(nèi)，我國的四象限運行回饋能量交流變頻調(diào)速采煤技術(shù)已屬于領(lǐng)先行列，我國生產(chǎn)制造的采煤機可以實現(xiàn)2臺變頻器之間的轉(zhuǎn)矩平衡和主從控制以及額定轉(zhuǎn)速以上恒定功率調(diào)速、額定轉(zhuǎn)速以下恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速。四象限調(diào)速變頻器能夠保持基本不變的牽引速度，不會使采煤機出現(xiàn)跑車下滑的情況，同時具有可靠的速度調(diào)節(jié)、方便的操作、靈活的控制以及簡單的結(jié)構(gòu)等特點。

3.3在電鏟、膠帶輸送機中的使用

由于我國膠帶輸送機目前所使用的是液力耦合器裝置，其下行運輸皮帶在制動、運行和啟動時容易出現(xiàn)電機失控的情況。在使用了四象限變頻器之后，能夠在電網(wǎng)中通過變頻器回饋電機產(chǎn)生的負(fù)力，使發(fā)熱損耗降低，對于電氣系統(tǒng)和機械系統(tǒng)沖擊的問題給予了有效的解決，使設(shè)備的使用期限得以延長。作為將巖石、礦石在露天礦山進行裝載的大型設(shè)備，電鏟有著極其惡劣的工作條件，經(jīng)常會出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)、沖擊載荷過大等情況。使用四象限變頻器之后，能夠快速地進行制動、反轉(zhuǎn)、減速和加速，避免了上述情況的發(fā)生。

4.結(jié)束語

針對煤礦機械設(shè)備作業(yè)條件和環(huán)境的特殊性，變頻器的普及推廣使用將會適時有效地解決很多難題。目前在我國的礦山中，具有較大基數(shù)的礦山，大量機電設(shè)備亟需改造，對變頻器的需求量十分可觀。而且有著種類繁多的大小機電設(shè)備，如何能匹配好這些種類的電機設(shè)備，將會對變頻器的推廣普及起到非常重要的作用。隨著變頻器在越來越多煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用，我國的煤礦行業(yè)也必將得到更加快速地發(fā)展。

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