卜繁剛

摘要：隨著目前工業(yè)生產(chǎn)中，礦山機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代高科技、機(jī)械化的生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)越來(lái)越多地被使用到現(xiàn)代的礦山生產(chǎn)的過(guò)程中。文章針對(duì)礦山生產(chǎn)中機(jī)械設(shè)備的使用情況、形成因素以及失效特點(diǎn)進(jìn)行分析，及時(shí)排查和解決，促進(jìn)礦山生產(chǎn)管理者、機(jī)械設(shè)備的使用者素質(zhì)和水平的全面提升。

關(guān)鍵詞：礦山機(jī)械；發(fā)展現(xiàn)狀；安全技術(shù)；礦山生產(chǎn)；生產(chǎn)設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD823 文章編號(hào)：1009-2374（2016）11-0139-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.11.068

能源是社會(huì)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)，能源工業(yè)是我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的基礎(chǔ)工業(yè)。目前，世界一次能源結(jié)構(gòu)中煤炭比例有所下降，但我國(guó)的能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)一直維持在70%～80%的高比重水平，因此煤炭企業(yè)的高效、穩(wěn)定生產(chǎn)一直是國(guó)家發(fā)展的基礎(chǔ)。然而，雖然我國(guó)的煤炭資源豐富，但煤礦企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)卻一直處于國(guó)內(nèi)其他工礦企業(yè)的技術(shù)水平之下。煤炭生產(chǎn)離不開科學(xué)技術(shù)、科學(xué)技術(shù)成果又促進(jìn)煤炭工業(yè)發(fā)展，因此應(yīng)用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)煤炭工業(yè)生產(chǎn)工藝，一直是被國(guó)家所倡導(dǎo)的改革方針。近年來(lái)，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的開發(fā)、研制、使用已經(jīng)非常成熟，并且越來(lái)越多地應(yīng)用于煤礦提升以及井下運(yùn)輸?shù)却蠊脑O(shè)備，使其存在的零部件易損、維修量大、電耗高等問(wèn)題都得以很好的解決。

異步電動(dòng)機(jī)定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度被稱為異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速由電動(dòng)機(jī)的對(duì)數(shù)和電源頻率所決定。

根據(jù)上述異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式可知，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速通過(guò)改變極對(duì)數(shù)、改變轉(zhuǎn)差率和改變頻率三種方式。其中改變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方式效率較低，因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)差率大，因此轉(zhuǎn)差損耗也相應(yīng)加大。而變頻調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子的供電頻率來(lái)達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的方式，無(wú)論高速、低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因此其調(diào)速性能的效率非常高，可以說(shuō)是一種無(wú)轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方式。

變頻調(diào)速?gòu)脑斫Y(jié)構(gòu)上又分交直交變頻和交交變頻兩種。交直交變頻是先將工頻交流電通過(guò)整流器變成直流電，在經(jīng)過(guò)逆變器將直流電變換成可控頻率的交流電。交交變頻與交直交變頻的區(qū)別在于其不需要中間直流環(huán)節(jié)，又稱為直接變頻器。可以輸出頻率和電壓均可連續(xù)調(diào)節(jié)的交流電，但交交變頻可調(diào)頻率范圍窄，一般為額定頻率的1/2以下，主要用于較大的低速拖動(dòng)系統(tǒng)，如我礦的主井、副井絞車的低頻拖動(dòng)便是采用交交變頻技術(shù)。

煤礦井下斜井絞車承擔(dān)著煤炭的提升以及材料的運(yùn)輸?shù)确敝厝蝿?wù)。因此絞車的運(yùn)行是否穩(wěn)定、可靠直接影響礦井的安全生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)效益。以前我國(guó)大部分井下絞車調(diào)速均采用交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式。串電阻調(diào)速屬于有級(jí)調(diào)速，在絞車運(yùn)行中調(diào)速非常不均勻，經(jīng)常造成礦車掉道事故，極大地制約了生產(chǎn)效率。同時(shí)其電阻負(fù)載發(fā)熱高，損耗電能造成極大浪費(fèi)。因此，變頻調(diào)速技術(shù)在礦山絞車提升方面擁有非常大的發(fā)展前景。

2009年12月新安裝的西區(qū)兩米絞車為我礦首臺(tái)采用變頻調(diào)速技術(shù)的電控絞車。以三菱PLC為控制中心，以唐山開誠(chéng)變頻器為控制單元，對(duì)提升機(jī)的啟動(dòng)、加速、等速運(yùn)行、制動(dòng)減速、爬行、停車及換向進(jìn)行控制，并具有《規(guī)程》規(guī)定提升機(jī)必有的電氣保護(hù)與連鎖裝置。各外設(shè)控制開關(guān)或傳感器作為輸入信號(hào)，分別采集各采集點(diǎn)信號(hào)，對(duì)信號(hào)集中處理。這些信號(hào)的工作狀態(tài)被PLC軟件調(diào)用，經(jīng)邏輯、時(shí)序、比較、微分、積分等手段處理后，PLC軟件的輸出繼電器動(dòng)作，控制變頻器動(dòng)作，完成提升機(jī)的加速、等速、減速、爬行、制動(dòng)等工作過(guò)程。該系統(tǒng)的變頻器采用交-直-交電壓型主回路，整流器與逆變器結(jié)構(gòu)相同，功能器件采用IPM模塊，散熱器采用高效的熱管散熱器，因而使整個(gè)變頻器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小。采用全數(shù)字無(wú)速度傳感器矢量控制，使系統(tǒng)調(diào)速范圍寬、精度高，變頻器在低頻運(yùn)行時(shí)也保證有100%額定轉(zhuǎn)矩輸出。變頻調(diào)速器的調(diào)速范圍非常寬，可以從0～50Hz，而且調(diào)頻精度高，可以真正實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)和平滑調(diào)速。

目前，該系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行近6年。其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)主要在于：（1）絞車運(yùn)行操作依靠PLC可編程控制技術(shù)，絞車可根據(jù)設(shè)定進(jìn)行加速、爬行、減速、停車，對(duì)司機(jī)的技術(shù)水平要求低；（2）具有回饋制動(dòng)功能，當(dāng)絞車在負(fù)力狀態(tài)時(shí)，電機(jī)發(fā)電運(yùn)行，系統(tǒng)會(huì)將制動(dòng)能力反饋回電網(wǎng)；（3）調(diào)速功能強(qiáng)，精度高；（4）由于調(diào)速及控制通過(guò)電氣實(shí)現(xiàn)，因此維護(hù)量很小，節(jié)約了大量的人力、物力；（5）使用IPM功率模塊，解決了IGBT的串并聯(lián)同步出發(fā)問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的安全系數(shù)。

在節(jié)電方面，變頻器采用整流/回饋單元，由兩組6脈動(dòng)晶閘管三相全控橋反并聯(lián)構(gòu)成，逆變橋是通過(guò)一臺(tái)自耦變壓器接到電網(wǎng)上。當(dāng)電機(jī)產(chǎn)生再生能量使直流母線電壓升高時(shí)，逆變橋可將這部分能量通過(guò)自耦變壓器回饋電網(wǎng)。同時(shí)變頻器的使用還提高了輸入電源的功率因子，在基頻以下為恒轉(zhuǎn)矩輸出，輸出功率隨轉(zhuǎn)速變化，因此具有很好的節(jié)電效果。與我礦另一臺(tái)北三兩米絞車進(jìn)行對(duì)比，同樣采用185kW電機(jī)，北三絞車采用串電阻調(diào)速。經(jīng)計(jì)算采用變頻調(diào)速的絞車月節(jié)約電量約為27297kWh。

變頻器內(nèi)部還可以對(duì)提升數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)PID計(jì)算，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，便于實(shí)現(xiàn)集中控制和系統(tǒng)集成。使用變頻器后還省去原先的凸輪控制器及調(diào)速電阻，極大地減小了設(shè)備的布置空間，節(jié)約了開采硐室的費(fèi)用，同時(shí)降低了電能損耗，可節(jié)電約30%以上。

實(shí)踐證明，變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦提升、運(yùn)輸系統(tǒng)的應(yīng)用方面有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。變頻調(diào)速技術(shù)將在礦山技術(shù)改革中得到大力推廣和使用，對(duì)于中國(guó)煤炭事業(yè)的發(fā)展具有極其深遠(yuǎn)的意義。工欲善其事，必先利其器，要想使煤炭礦山有更大的發(fā)展，必須將現(xiàn)有先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到煤礦設(shè)備中去，使現(xiàn)有煤礦企業(yè)的自動(dòng)化程度有一個(gè)質(zhì)的飛躍，在礦山企業(yè)中掀起一股科技改革的浪潮。

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作者簡(jiǎn)介：蘆世波（1982-），男，遼寧沈陽(yáng)人，供職于沈陽(yáng)煤業(yè)集團(tuán)沈陽(yáng)沈北煤礦有限公司蒲河煤礦，研究方向：機(jī)電；潘福亮（1982-），男，遼寧沈陽(yáng)人，供職于沈陽(yáng)煤業(yè)集團(tuán)沈陽(yáng)沈北煤礦有限公司蒲河煤礦，研究方向：電氣；王焱燚（1986-），女，遼寧沈陽(yáng)人，供職于沈陽(yáng)煤業(yè)集團(tuán)焦煤有限公司。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）