張俊寶

（山東東山王樓煤礦有限公司，山東 濟(jì)寧 272063）

變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

張俊寶

（山東東山王樓煤礦有限公司，山東 濟(jì)寧 272063）

在煤礦機(jī)電設(shè)備中運(yùn)用變頻節(jié)能技術(shù)，能夠顯著降低大型機(jī)械設(shè)備的功耗，從而實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約的目的。煤礦機(jī)電設(shè)備內(nèi)部采用頻率、高壓不可調(diào)的交流電作為電源，通過整流電設(shè)備的處理，將電力轉(zhuǎn)化為變頻狀態(tài)下頻率、電壓可調(diào)的交流電。使用變頻系統(tǒng)，重點(diǎn)在于優(yōu)化控制電路回路結(jié)構(gòu)，完善運(yùn)行指令的反應(yīng)系統(tǒng)，確保變頻指令控制能夠精準(zhǔn)有效。本文從煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用細(xì)節(jié)展開討論，提出幾點(diǎn)有利于變頻節(jié)能技術(shù)順利實(shí)現(xiàn)的可行性建議。

變頻節(jié)能；煤礦機(jī)電設(shè)備；工作原理；內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1 在煤礦機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)的重要意義

在煤礦機(jī)電控制設(shè)備中運(yùn)用變頻節(jié)能技術(shù)，能夠顯著提高煤礦機(jī)電設(shè)備的工作效率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。打造煤礦機(jī)電變頻節(jié)能技術(shù)體系，技術(shù)人員需要從變頻整體工作原理出發(fā)，進(jìn)行節(jié)能系統(tǒng)功能開發(fā)的深度分析，以提升變頻技術(shù)的運(yùn)用效果。

提高煤礦機(jī)電設(shè)備的采煤效率，礦下作業(yè)人員應(yīng)該建立標(biāo)準(zhǔn)化的采煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化管理系統(tǒng)。建立煤礦作業(yè)區(qū)檢查結(jié)果上報(bào)的制度，強(qiáng)化煤礦區(qū)安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化檢查與記錄，對(duì)煤礦自查檔案和季度檢查檔案進(jìn)行深入統(tǒng)計(jì)分析。在新的煤炭交易環(huán)境中打造常態(tài)化的交易模式，地區(qū)企業(yè)應(yīng)該引進(jìn)先進(jìn)的采煤技術(shù)，使用先進(jìn)的設(shè)備提升煤炭開采的效率，保障開采活動(dòng)的安全性，相關(guān)部門應(yīng)該認(rèn)真思考如何重新構(gòu)建煤炭結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新工作。

2 變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用分析

2.1 煤礦機(jī)電調(diào)控系統(tǒng)參數(shù)分析與功率保障

傳統(tǒng)的煤礦機(jī)電調(diào)控系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)在生產(chǎn)環(huán)境的需要，技術(shù)人員應(yīng)該運(yùn)用新的可調(diào)交流電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)節(jié)。在變頻節(jié)能技術(shù)整體工作體系中，由控制電路板塊發(fā)送各種運(yùn)行指令，對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。

通過逆變器的深度轉(zhuǎn)化，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)中頻率和電壓的有效調(diào)節(jié)。優(yōu)質(zhì)的變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)該滿足一定的參數(shù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，符合國(guó)家相關(guān)部門對(duì)于采煤機(jī)等特種作業(yè)設(shè)備的技術(shù)規(guī)定?？己嗣旱V機(jī)電設(shè)備采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的重要指標(biāo)，就是要分析參數(shù)，了解調(diào)速電機(jī)設(shè)備負(fù)載率、功率因素和效率之間的關(guān)系是否合理。

傳動(dòng)電機(jī)的熱繼保護(hù)需要使用復(fù)合材料，提升煤礦機(jī)電設(shè)備核心部件的抗熔化能力。這里的熱繼電器也可以采用電機(jī)保護(hù)開關(guān)來代替，將熱繼電器安裝在電機(jī)附近。變頻調(diào)速機(jī)器的負(fù)載率為0%時(shí)，其功率因數(shù)為0.20，調(diào)頻做功的效率為0；變頻調(diào)速機(jī)器的負(fù)載率為25%時(shí)，其功率因數(shù)為0.5，調(diào)頻做功的效率為0.78；變頻調(diào)速機(jī)器的負(fù)載率為50%時(shí)，其功率因數(shù)為0.77，調(diào)頻做功的效率為0.85；變頻調(diào)速機(jī)器的負(fù)載率為75%時(shí)，其功率因數(shù)為0.85，調(diào)頻做功的效率為0.88；變頻調(diào)速機(jī)器的負(fù)載率為100%時(shí)，其功率因數(shù)為0.89，調(diào)頻做功的效率為0.875。

礦下作業(yè)人員應(yīng)該對(duì)采礦環(huán)境進(jìn)行整頓，注意控制風(fēng)井局部巷道變形的問題，解決巷道壁出現(xiàn)的片幫現(xiàn)象，防止出現(xiàn)機(jī)電運(yùn)行故障導(dǎo)致的分路不通問題。

2.2 變頻節(jié)能技術(shù)的熱繼電器功能開發(fā)

由基建隊(duì)負(fù)責(zé)對(duì)采煤環(huán)境進(jìn)行整改，防止副井擋車裝置不齊全和未連鎖出現(xiàn)的機(jī)電系統(tǒng)故障問題產(chǎn)生。其中，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，通過操作臺(tái)來控制1井PLC、2井PLC兩個(gè)信號(hào)系統(tǒng)。在額定電壓6KV，交流電為50HZ的系統(tǒng)中，通過對(duì)HD9X四象限狀態(tài)下的調(diào)速系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)于滑動(dòng)變阻器QF關(guān)節(jié)進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。

根據(jù)電容震蕩頻率抖動(dòng)情況，進(jìn)行波形電路圖的分析，對(duì)采煤機(jī)的減速機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，通用結(jié)構(gòu)的煤礦機(jī)電設(shè)備分度頭為100°，編碼儀為100°2′01″，優(yōu)化之后的新型結(jié)構(gòu)采煤機(jī)設(shè)備分度頭為100°，編碼儀為100°0′05″。

采用新型的機(jī)電設(shè)備參數(shù)識(shí)別技術(shù)，能夠顯著提升機(jī)械設(shè)備的控制靈敏程度。將電機(jī)保護(hù)開關(guān)安放在礦用機(jī)械系統(tǒng)的觸點(diǎn)位置，這里的熱繼電器還可以采用電機(jī)保護(hù)開關(guān)代替控制的方法，安裝在電機(jī)設(shè)備附近。根據(jù)編碼儀圖像分析的情況，進(jìn)行裝機(jī)最大功率的控制，煤礦開采場(chǎng)地最大適應(yīng)采高應(yīng)該符合工作面長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)要求。在整個(gè)煤礦電機(jī)系統(tǒng)中采用“一拖一”的調(diào)速方式，降低機(jī)電設(shè)備的調(diào)速負(fù)荷，從而有效降低機(jī)電設(shè)備過熱的情況產(chǎn)生。

采用熱繼電器感應(yīng)裝置對(duì)供電系統(tǒng)的電流、電壓進(jìn)行采集和分析，適度調(diào)節(jié)煤礦系統(tǒng)中的開采方式，確保機(jī)器加速生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)流量過大的問題燒壞機(jī)電設(shè)備。

采用熱繼電器運(yùn)行控制技術(shù)，防止煤礦機(jī)電設(shè)備在空轉(zhuǎn)或者減速運(yùn)行時(shí)電壓過大問題的產(chǎn)生。通過熱繼電器調(diào)節(jié)作用，對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析，進(jìn)行設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的調(diào)節(jié)，能夠顯著降低整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)功能損耗。防止由于電阻調(diào)節(jié)失當(dāng)，造成的總功率與運(yùn)行系統(tǒng)所需動(dòng)力不匹配的問題。

運(yùn)行系統(tǒng)總功率的調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況作出適當(dāng)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)降低能耗提升工作效率的目的。

2.3 變頻技術(shù)的減速機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化分析

由于煤礦垮塌事故的頻繁發(fā)生，在煤礦開采活動(dòng)中，使用變頻節(jié)能技術(shù)顯著提升開采安全性。技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)現(xiàn)行的變頻技能技術(shù)進(jìn)行整體分析，并且根據(jù)節(jié)能系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行煤礦開采方案的設(shè)計(jì)。

采用性能更加突出的減速機(jī)，對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。傳統(tǒng)的煤礦機(jī)電設(shè)備在變頻處理方面不夠合理，導(dǎo)致采煤機(jī)煤斗上升的速度不夠均勻，容易發(fā)生傾斜和搖晃。有些采煤機(jī)系統(tǒng)的變頻技術(shù)不穩(wěn)定，導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)過程中運(yùn)煤斗出現(xiàn)驟升驟降的問題，對(duì)周邊的工作人員造成人身傷害。使用液壓站來控制傳送滾動(dòng)，將采煤機(jī)的線體進(jìn)行減速控制，才能夠保證采煤活動(dòng)中運(yùn)行正常，避免由于牽引不良引發(fā)的鋼線劃跑現(xiàn)象產(chǎn)生。

煤礦機(jī)電變頻節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，我們以使用50HZ的交流電為例，整流用晶體閘管將交流電進(jìn)行初步處理，并且在逆變器的作用之下，進(jìn)行任意頻率交流電的轉(zhuǎn)化。變頻節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部中的脈沖發(fā)生器，對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效果起到了重要影響。對(duì)脈沖發(fā)生器的功率進(jìn)行改變，從而優(yōu)化變頻節(jié)能技術(shù)的內(nèi)部做功結(jié)構(gòu)。在變頻系統(tǒng)的整條控制電路中，使用頻率、電壓可調(diào)的交流電，在逆變器的做功轉(zhuǎn)換下，調(diào)整煤礦機(jī)電設(shè)備的輸出波形。

使用變頻減速機(jī)系統(tǒng)對(duì)采礦機(jī)電設(shè)備進(jìn)行性能優(yōu)化，將逆變器的輸出波形控制為脈沖寬度相等的標(biāo)準(zhǔn)波形，一般為PWM波形，提升煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

3 國(guó)內(nèi)國(guó)外煤礦機(jī)電設(shè)備性能要點(diǎn)的對(duì)比分析

我們分析國(guó)內(nèi)和國(guó)外的采煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)，對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備的主要參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)的機(jī)電設(shè)備在裝機(jī)功率上與國(guó)際先進(jìn)水平差別不大，但是在機(jī)器的最大牽引速度上還存在著顯著的差距。

其中，國(guó)內(nèi)最大的裝機(jī)機(jī)率為2630kW，最大的適應(yīng)采煤高度為6.5m，煤礦機(jī)械設(shè)備適應(yīng)工作面的長(zhǎng)度為300m，機(jī)電設(shè)備的最大牽引速度為28～30m/min。國(guó)外的采煤機(jī)電設(shè)備在性能上更加優(yōu)越，國(guó)外采煤設(shè)備的最大裝機(jī)機(jī)率為2690kW，最大的適應(yīng)采煤高度為6.5m，煤礦機(jī)械設(shè)備適應(yīng)工作面的長(zhǎng)度為450m，機(jī)電設(shè)備的最大牽引速度為30～32m/min。

綜合分析國(guó)內(nèi)機(jī)械和國(guó)外機(jī)械的技術(shù)參數(shù)和做功流程，我們發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)的機(jī)電設(shè)備電阻過大，機(jī)電系統(tǒng)中功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)不夠強(qiáng)。而國(guó)外的采煤機(jī)設(shè)備使用了更加先進(jìn)的變頻技術(shù)，性能更加優(yōu)良的逆變器能夠進(jìn)行滑動(dòng)電阻的電路系統(tǒng)處理。推行煤礦幾點(diǎn)設(shè)備的變頻節(jié)能技術(shù)研究，技術(shù)人員應(yīng)該采用電容震蕩頻率分析法，對(duì)電路系統(tǒng)邏輯控制方法進(jìn)行優(yōu)化。在波形處理活動(dòng)中，技術(shù)人員應(yīng)該做好分頻處理工作，顯著提升變阻器的靈敏程度。

4 結(jié)語(yǔ)

提升煤礦機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率，防止采煤系統(tǒng)出現(xiàn)的耗能過高問題。技術(shù)人員應(yīng)該使用專業(yè)的設(shè)備對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)中存在的問題。采用回路電阻測(cè)試儀、繼電保護(hù)測(cè)試儀和變壓器直流電阻測(cè)試儀，對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行保障建設(shè)，以最低的電阻能量損耗完成采煤任務(wù)。

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