任保明

(山西南煤集團(tuán)南莊分公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，在各行各業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，科學(xué)技術(shù)一直都扮演著非常重要的角色，以此來(lái)更好地提高其生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。目前，我國(guó)很多煤礦機(jī)電設(shè)備的調(diào)速方式比較落后，嚴(yán)重地浪費(fèi)了電能，從而使得設(shè)備的使用壽命變得更低。而要想使能源的消耗量降到最低，根本方法就是要注意煤礦機(jī)電設(shè)備中高壓變頻器的選型和應(yīng)用。

1 高壓變頻器原理與選型

1.1 高壓變頻器原理

高壓變頻器是一種基于電力半導(dǎo)體的通斷功能來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換的控制儀器。高壓變頻器本身的種類很多，根據(jù)分類方式的不同，它可以被分為很多不同的類型。一般高壓變頻器主要由變壓器柜、功率柜和控制柜3個(gè)部分構(gòu)成。功率柜中間包含著3組功率單元，主要的作用是輸出所需等級(jí)的電壓。給功率柜內(nèi)部的功率單元提供能量的被叫做變壓器柜。此外，功率柜的功率也時(shí)刻需要不斷進(jìn)行整流、逆變控制和進(jìn)行檢測(cè)處理，這就是控制柜的作用，如圖1所示[1]。

圖1 變頻器工作原理圖

1.2 高壓變頻器的選型

按照控制方式選型：控制系統(tǒng)主要包括開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制，該系統(tǒng)由異步電動(dòng)機(jī)與高壓變頻器組成。閉環(huán)主要由矢量控制有速度傳感器或PID控制器所組成，在溫度、流量、壓力、速度等有關(guān)場(chǎng)合中得到使用。開(kāi)環(huán)控制主要運(yùn)用無(wú)速度傳感器矢量控制以及普通控制高壓變頻器所組成[2]。

按照功率進(jìn)行選型：在變頻器的功率選擇中，應(yīng)注意以下問(wèn)題。①頻繁啟動(dòng)工作的電動(dòng)機(jī)，選擇功率較大的變頻器，注重使用安全性；②若電動(dòng)機(jī)的變頻器與功率不相協(xié)調(diào)，應(yīng)重新設(shè)置調(diào)節(jié)程序，促進(jìn)設(shè)備節(jié)能；③選擇與發(fā)動(dòng)機(jī)功率相符的設(shè)備，特別注意變頻器的過(guò)載倍數(shù)與電動(dòng)機(jī)的過(guò)載倍數(shù)相匹配。

按照負(fù)載類型選型：每種類型的變頻器的負(fù)載都不同，轉(zhuǎn)矩與負(fù)載速度存在一定差距。通常情況下，變頻器適用于各種負(fù)載情況，而控制恒功率負(fù)載則可實(shí)現(xiàn)UIF控制。每種負(fù)載都有一定差別。因此，在選擇時(shí)應(yīng)注意鑒別。若胡亂使用，則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

2 煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻器的實(shí)際應(yīng)用

2.1 高壓變頻器在采煤機(jī)中的應(yīng)用

高壓變頻器經(jīng)常被應(yīng)用于采煤機(jī)上。在采煤過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)受到特殊的煤礦環(huán)境、操作技術(shù)等因素的影響，而導(dǎo)致采煤工作進(jìn)展不順利的情況發(fā)生。在實(shí)際的采煤過(guò)程中，采煤機(jī)在操作上較為復(fù)雜，一般情況下，需要專業(yè)技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操控，以確保工作的順利進(jìn)展。但很多時(shí)候，采煤機(jī)的工作條件與煤礦作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境顯得不相適應(yīng)。這就需要煤礦企業(yè)處理好采煤機(jī)與采煤現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的關(guān)系，做到高效、穩(wěn)定的操作。

高壓變頻器被安裝到采煤機(jī)上后，取得了良好的作業(yè)效果。在操作性上，采煤機(jī)較之以往更加靈活、簡(jiǎn)便，操作變得更加簡(jiǎn)單，更加容易。推動(dòng)了采煤機(jī)的更新升級(jí)，擴(kuò)大采煤機(jī)的開(kāi)采優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)了煤炭開(kāi)采量的大幅度提升。

安裝了高壓變頻器之后的采煤機(jī)，解決了能源消耗的問(wèn)題。例如：采煤機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中為了克服偶然遇到的夾矸，往往采用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際所需要的功率的電動(dòng)機(jī)，經(jīng)常以40%～50%的負(fù)荷進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，這種工作方式本身會(huì)造成很大的浪費(fèi)，最終也就引起了電動(dòng)機(jī)資源的浪費(fèi)。而如果此時(shí)能夠?qū)Ω邏鹤冾l器的功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良和設(shè)計(jì)的話，也就會(huì)使電動(dòng)機(jī)最終達(dá)到節(jié)能的目的[3]。

2.2 高壓變頻器在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

礦井提升機(jī)主要被應(yīng)用于煤礦、金屬礦藏與非金屬礦藏中提升或下放煤炭、礦石、矸石、作業(yè)人員、其他材料與工具等事項(xiàng)中。對(duì)煤炭開(kāi)采工作的進(jìn)展同樣具有重要意義，不亞于采煤機(jī)。因?yàn)榈V井提升機(jī)的主要作用在于加強(qiáng)地面與地下之間的聯(lián)系，因此該設(shè)備需要較高的靈敏度。但實(shí)際的情況為采煤現(xiàn)場(chǎng)的提升機(jī)經(jīng)長(zhǎng)期使用，而未能定期維修或更新?lián)Q代，導(dǎo)致設(shè)備的靈敏性嚴(yán)重下降。另外，在使用提升機(jī)時(shí)，應(yīng)注重把控設(shè)備的速度，防止安全事故的產(chǎn)生。

基于上述情況，應(yīng)該在礦井提升機(jī)上面安裝高壓變頻器，通過(guò)利用變頻器的調(diào)速技術(shù)，對(duì)提升機(jī)控制系統(tǒng)加以改造，提升了對(duì)提升機(jī)運(yùn)行速度的控制。在調(diào)速過(guò)程中，可通過(guò)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到礦井提升機(jī)的負(fù)荷需要。通過(guò)變頻器的控制，提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，更加平緩、更加安全穩(wěn)定，信號(hào)處理與制動(dòng)運(yùn)行更加迅速，整個(gè)機(jī)器更加具有靈敏度，整體性能得到了極大的提高。

傳統(tǒng)的煤礦提升機(jī)中多采用的是繞線電機(jī)串電阻的調(diào)速方式，在使用的過(guò)程中轉(zhuǎn)子回路的串聯(lián)電阻會(huì)造成資源和能源的浪費(fèi)[4]。節(jié)能是高壓變頻器在煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)用中的一大優(yōu)勢(shì)。通過(guò)改造變頻器的功能與結(jié)構(gòu)，提升了提升機(jī)的節(jié)能能力，解決了電力資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。

2.3 高壓變頻器在煤礦通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

煤礦通風(fēng)機(jī)是煤礦開(kāi)采工作中的一項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)井下開(kāi)采環(huán)境的安全度具有極大作用。在煤礦開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)，通風(fēng)機(jī)必須24 h保持正常的通風(fēng)狀態(tài)。但在實(shí)際的開(kāi)采作業(yè)中，并非所有企業(yè)都能做到24 h保持正常通風(fēng)狀態(tài)。有的企業(yè)為節(jié)約生產(chǎn)成本，只在開(kāi)采時(shí)將通風(fēng)機(jī)打開(kāi)，在開(kāi)采人員休息時(shí)，則會(huì)關(guān)閉通風(fēng)機(jī)。這就導(dǎo)致了礦下通風(fēng)條件不利，通風(fēng)效果不佳，給開(kāi)采人員的生命以及財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)影響，對(duì)煤炭生產(chǎn)反而具有阻礙作用[5-7]。

控制生產(chǎn)成本是企業(yè)必須要做好的一項(xiàng)重要內(nèi)容。為實(shí)現(xiàn)這一目的，煤礦企業(yè)應(yīng)在通風(fēng)機(jī)上安裝高壓變頻器。此舉可達(dá)到降低通風(fēng)機(jī)耗能，降低電網(wǎng)對(duì)通風(fēng)機(jī)的損害，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的效果[8-10]。通過(guò)將變頻器安裝在通風(fēng)機(jī)上，解決了通風(fēng)機(jī)耗能的問(wèn)題，為生產(chǎn)企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)成本。同時(shí)，解決了井下煤炭開(kāi)采的安全隱患，提升了開(kāi)采的安全性。

3 結(jié)語(yǔ)

文中介紹了高壓變頻器工作原理、選型要求，以及在采煤機(jī)、提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用。高壓變頻器在使用中取得了顯著的效果，解決了許多實(shí)際問(wèn)題[11]。