郭擁軍
(山西長治經坊煤業(yè)有限公司,山西 長治 047100)
我國現代煤礦高速發(fā)展的重要標志就是變頻技術的應用,我國煤礦工業(yè)已經實現了機械化到機電化的過渡,可以滿足現代工業(yè)生產中對煤礦產量需求。變頻技術的綜合性比較強,是近些年來發(fā)展起來的重要技術,基于變頻技術進行現代煤礦機電工程發(fā)展,就要把握變頻技術的主要工作原理,加強其在煤礦機電工程中的應用。
作為一門綜合性很強的新型科學技術,變頻技術實現了電機傳動技術、電力電子技術、計算機等技術的統(tǒng)一,目前在機械設備控制中運用非常普遍。變頻技術具有優(yōu)良的調節(jié)性能,而電力電子技術和計算機技術的結合,完成了傳動和控制的有機結合,進而實現機電一體化。變頻技術的工作原理主要利用的是半導體元件,它可以實現工頻電流信號向其它相應頻率的轉化,再將工頻電流轉化為直流電,在整個過程中逆變器可以實現電壓和電流的控制調節(jié),保證機電設備進入無級調速狀態(tài)[1]。目前現代煤礦機電工程中應用的變頻技術主要是對電機轉速和電源頻率進行調節(jié),以完成對電機轉速的調節(jié)和機電設備的控制。而且變頻技術對于保證煤礦機電工程設備的平穩(wěn)、控制設備的加減速等都有重要作用,是現代煤礦機電工程的發(fā)展方向。
科學技術的發(fā)展推動了變頻技術的發(fā)展,尤其是電子信息技術的發(fā)展,目前變頻技術在理論研究和實踐應用中都發(fā)展很快,而且其經濟效益、生態(tài)效益和社會效益都非常好。變頻技術的應用使得生產過程中能源消耗大幅度降低,越來越多企業(yè)開始引進這一技術。對于系統(tǒng)的控制方式和功能,變頻技術可以實現控制模塊的智能設置,提高其生產的綜合化水平。因此,隨著變頻技術的不斷更新,未來發(fā)展過程中將會在不同行業(yè)和領域中得到越來越廣泛的應用。
在風機和泵類負載是最早開始運用變頻技術的,但是應用在煤礦機電設備中還比較晚?,F在礦井通風設計的方案比較多,而且差異性越來越大,實際操作過程復雜。比如在礦井生產中期,需要對風機進行更換,這樣才能保證其通風效果,而實際操作中機電設備容易發(fā)生故障,這就增加了其維修量和維修難度。不用的風機會被暫時擱置,造成資源大量浪費,使得煤礦機電設備的有效利用率降低。如果在煤礦風機中應用變頻技術,不僅可以提高煤礦的通風性,也防止重復的更換工作,提高節(jié)能效果[2]。例如在煤礦掘進時,一臺風機就可以滿足其風量需求,使得操作過程更加方便。
在煤礦企業(yè)中,煤礦生產系統(tǒng)用電量是其用電量的70%~90%,尤其是在大功率用電設備的啟動、加速、減速、制動等過程中,會產生很大的負荷,此時就會產生電壓波動,并對其他設備安全運行產生影響,比如礦井提升機、膠帶輸送機、主要通風機、主要排水泵等。一旦產生機械沖擊,設備的損傷就會增加,可能會影響其使用壽命。變頻技術因其具備良好的調速性能和節(jié)能效果,使得煤礦機電設備的自動化控制程度和運行效率得到了提高。因為礦井提升機的工作條件特殊,所以在復雜、繁重的運行條件下,其設備性能就必須滿足更高的要求。實際工作中提升機需要進行不斷的啟動關閉,其調速任務重,增大了機電設備的故障發(fā)生可能性,使得機電設備容易受到損害。對于提升機,變頻技術可以提供一種有效保護,并提高其工作效率,有利于提高提升機的運行能力。變頻設備的內部軟件用來調節(jié)提升機的速度,這樣就可以降低提升機的故障發(fā)生頻率,減少機電設備的維修和費用,并且可以實現電能的有效節(jié)約,最終達到節(jié)能降耗的目的[3]。
空氣壓縮機是煤礦風動機電運行的主要動力來源,通常由交流電機實現,所以必須保證電動機一直處于全速的工作狀態(tài)。而空氣壓縮機進行壓力控制會運用上下兩點控制模式進行,使得交流電動機一直處于工頻的運行狀態(tài)。如果空氣壓縮機的氣缸壓力和其預設的壓力值一致,此時空壓機的進氣閥可以關閉,不需要繼續(xù)產生壓縮氣體,保證電動機處于空載狀態(tài)。在壓力不斷下降過程中,如果其接近預設壓力,就會打開空壓機氣閥,并產生壓縮空氣,此時就是一種重載狀態(tài)。但是通過實踐發(fā)現,煤礦實際用氣量和產氣量不可能完全一致,所以空壓機就需要頻繁的進行加載卸載,影響電網、電動機和空壓機。因為變頻技術的高控制精度、易操作性和免維護性的特點,如果將其應用于普通電動機調速,在其拖動負載時就不用改動,只需要根據具體的生產工藝要求調整其轉速輸出[4]。對于傳統(tǒng)空氣壓縮機的加載方式來說,變頻器驅動方式實現了控制方式的根本改變,只要根據用氣量對拖動電動機進行轉速調節(jié)就可以實現自動調控,這樣供氣壓力就會基本恒定,減少壓縮機的啟停次數。
皮帶設備是煤礦機電工程中運用比較頻繁的一種設備,其啟動和運轉必須有大功率支持。目前我國現代煤礦機電工程中的皮帶設備實施軟啟動大多是利用液力耦合設備,這一過程中并未改變電動機起動的實際過程,仍會需要很大的電流,其沖擊電流對于設備零件會產生嚴重損傷。而且運行中液力耦合設備低效調速產生的熱量比較多,使得皮帶設備內部的溫度迅速升高,容易產生不同程度的磨損,降低皮帶壽命,留下安全隱患[5]。目前變頻技術已經取代了傳統(tǒng)的液力耦合設備,實現設備的軟啟動,設備瞬時張力減小,使得皮帶損傷的情況得到緩解,為設備穩(wěn)定運行提供了保障。
隨著煤礦開采不斷進行,其設備和技術的更新為煤礦開采提供了新的動力支持,推動了我國煤礦開采業(yè)的專業(yè)化發(fā)展,大大提高了其開采生產效率,為我國經濟發(fā)展提供了能源動力支持。目前我國現代煤礦機電工程中應用了變頻技術,實現了我國煤礦機電施工中的節(jié)能降耗,提高了煤礦機電工程的工作效率,并在具體實踐中取得了很好的效果。在現代煤礦機電工程的風機、提升機、空氣壓縮機、皮帶設備等多個環(huán)節(jié)中都有變頻技術的應用,改變了傳統(tǒng)煤礦機電生產的不足,實現了我國工業(yè)發(fā)展運行模式的轉變,推動了我國現代煤礦機電工程向節(jié)能環(huán)保方向的轉型。