張晚忠

（掌石溝煤業(yè)有限公司 山西省晉城市 048405）

近年來(lái)，我國(guó)煤炭行業(yè)迅速發(fā)展，與此同時(shí)，煤炭行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也日漸白熾化。各煤炭企業(yè)為了提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，紛紛開(kāi)始探尋節(jié)能減排的新發(fā)展路徑。變頻技術(shù)融入到煤礦機(jī)電設(shè)備中，能達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、提效等各大目的。變頻技術(shù)是一種節(jié)能技術(shù)，它主要是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用，巧妙地將工頻電源進(jìn)行變換，使之成為另一頻率的電能控制裝置，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

1 變頻技術(shù)概述

1.1 變頻技術(shù)的工作原理

在機(jī)電控制系統(tǒng)中，變頻器（VFD）是至關(guān)重要的電器設(shè)備，變頻技術(shù)便是利用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)“變頻控制”的。在實(shí)現(xiàn)變頻控制過(guò)程中，變頻器主要應(yīng)用到了變頻技術(shù)、微電子技術(shù)這兩大技術(shù)，它主要是通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制交流電動(dòng)機(jī)的最終目的。

變頻器屬于一種重要的電力控制設(shè)備，這一電力控制設(shè)備通過(guò)一定的工作程序能輕松實(shí)現(xiàn)變頻、節(jié)能。在工作中，變頻器可將工頻電流的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌念l率，但是這種轉(zhuǎn)化不是憑空而為的，而是需要借助一定的半導(dǎo)體元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。之后，可再逐步實(shí)現(xiàn)“交流電”向“直流電”的轉(zhuǎn)變。與此同時(shí)，逆變器也順利實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流、電壓等的科學(xué)調(diào)控，這樣，機(jī)電設(shè)備便能在變頻器的推動(dòng)下達(dá)到無(wú)級(jí)調(diào)速的程度?？偠灾?，機(jī)電設(shè)備中的變頻技術(shù)是通過(guò)電流改變頻率，繼而對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行智能化的調(diào)控，以此來(lái)進(jìn)一步控制機(jī)電設(shè)備，推動(dòng)其節(jié)能、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2 變頻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

變頻技術(shù)運(yùn)用于煤礦機(jī)電設(shè)備中，優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。變頻技術(shù)這一技術(shù)本身的優(yōu)點(diǎn)頗多，如該技術(shù)可減少電壓波動(dòng)，降低對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行速度、停止方式、啟動(dòng)電源等的控制，并減少傳動(dòng)磨損。鑒于以上技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，將變頻技術(shù)應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備中，其運(yùn)用優(yōu)勢(shì)如下：

實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的節(jié)能減排。變頻技術(shù)是一種節(jié)能環(huán)保的技術(shù)，科學(xué)運(yùn)用該技術(shù)，可在煤礦開(kāi)采過(guò)程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能，推動(dòng)開(kāi)采過(guò)程綠色、環(huán)保化；提升煤炭企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益。變頻技術(shù)可減少電能等各類(lèi)能源消耗，這將大大降低煤炭開(kāi)采的成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能提效的目的；變頻技術(shù)運(yùn)用可促進(jìn)煤炭行業(yè)健康、綠色、可持續(xù)發(fā)展。變頻技術(shù)的應(yīng)用最大限度減少了煤礦開(kāi)采向大氣中排放的污染物，迎合了國(guó)家倡導(dǎo)的“綠色環(huán)?！鄙a(chǎn)理念，促進(jìn)了整個(gè)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的具體運(yùn)用

2.1 變頻技術(shù)運(yùn)用于采煤機(jī)中

圖1：煤礦提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2：皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖（M1、M2、M3 為電機(jī)，QS 為開(kāi)關(guān)）

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，采煤機(jī)是至關(guān)重要的設(shè)備，該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)直接關(guān)系著整個(gè)采煤工作的效率與質(zhì)量。采煤機(jī)是一種較為大型的機(jī)電設(shè)備，其體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且在整個(gè)使用過(guò)程中會(huì)消耗大量能源。鑒于采煤機(jī)在開(kāi)采過(guò)程中的能耗極大，就必須要對(duì)其功率進(jìn)行合理控制，避免出現(xiàn)高耗能低成效的結(jié)果。因此，可在采煤機(jī)中科學(xué)合理、恰到好處地運(yùn)用變頻技術(shù)。

變頻技術(shù)運(yùn)用于采煤機(jī)中，可極大改善采煤機(jī)高耗能低成效的工作現(xiàn)狀。眾所周知，由于采煤地質(zhì)環(huán)境具有復(fù)雜性特征，采煤機(jī)在實(shí)際采煤過(guò)程中，可能會(huì)受到多種多樣地質(zhì)因素的制約，而不同的地質(zhì)需要采煤機(jī)具備與其相適應(yīng)的“功率”來(lái)應(yīng)對(duì)。如果功率使用不當(dāng)，在一些特殊開(kāi)采地質(zhì)中，采煤機(jī)便會(huì)出現(xiàn)耗能?chē)?yán)重，工作低效的問(wèn)題。變頻技術(shù)的運(yùn)用，可根據(jù)采煤地質(zhì)情況的復(fù)雜性，智能控制采煤機(jī)中切割機(jī)的功率，使采煤機(jī)在不同地質(zhì)中降低功率耗損，提升工作效率。可見(jiàn)，運(yùn)用變頻技術(shù)，可有效提升采煤機(jī)的工作性能，實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)高效節(jié)能的生產(chǎn)目標(biāo)。

2.2 變頻技術(shù)運(yùn)用于通風(fēng)機(jī)中

在煤礦開(kāi)采中，通風(fēng)機(jī)是安全開(kāi)采必不可少的機(jī)電設(shè)備。煤礦開(kāi)采的環(huán)境較為惡劣，發(fā)生安全故障與安全隱患的幾率更大，這是行業(yè)內(nèi)供認(rèn)不諱的客觀(guān)事實(shí)。通風(fēng)機(jī)能保證煤礦開(kāi)采過(guò)程中有較好的通風(fēng)條件，其能改善煤礦開(kāi)采環(huán)境，為礦井下工人的生命健康筑起一道牢固的安全防線(xiàn)。

煤礦礦井下良好的通風(fēng)環(huán)境有賴(lài)于通風(fēng)機(jī)的運(yùn)用，但是，通風(fēng)機(jī)在工作中要消耗大量的電能。在新時(shí)代，隨著采煤量的大范圍激增，工人需要到條件更惡劣、井深更大的礦井中去開(kāi)采，而深井下通風(fēng)的難度更大。在此種條件下，如果不對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)控制，通風(fēng)機(jī)的功率將持續(xù)增加，電能消耗量將會(huì)沖破煤炭開(kāi)采企業(yè)可以承受的范圍。在通風(fēng)機(jī)中運(yùn)用變頻技術(shù)可解決兩個(gè)問(wèn)題：一則可解決頻繁開(kāi)啟、關(guān)閉風(fēng)機(jī)造成的過(guò)多電量消耗問(wèn)題。二則可解決頻繁更換風(fēng)機(jī)的弊端。變頻技術(shù)可根據(jù)不同井深內(nèi)空氣流通的情況智能控制電機(jī)工作頻率，不必不間斷地開(kāi)啟與關(guān)閉風(fēng)機(jī)，也不必人工頻繁更換風(fēng)機(jī)，這實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

2.3 變頻技術(shù)運(yùn)用于提升機(jī)中

在煤礦開(kāi)采中，提升機(jī)屬于運(yùn)輸類(lèi)機(jī)電設(shè)備，其主要功能是將一些開(kāi)采所用到的大型機(jī)器從地面運(yùn)輸?shù)降叵?，以支撐整個(gè)礦井下的煤炭開(kāi)采。提升機(jī)是關(guān)鍵性運(yùn)輸設(shè)備，缺失了提升機(jī)，礦井開(kāi)采便難以順利進(jìn)行。

由于一些大型機(jī)器重力較大，提升機(jī)要想高效工作，就必須要具備較大的功率。即便如此，在提升機(jī)啟動(dòng)與運(yùn)行中，依然會(huì)出現(xiàn)諸多的問(wèn)題。最凸顯的有兩點(diǎn)，一是運(yùn)輸中需要及時(shí)改變提升機(jī)速度，以適應(yīng)不同重量的開(kāi)采設(shè)備。而改變運(yùn)輸速度需要安裝不同類(lèi)電阻，這樣容易導(dǎo)致因電阻過(guò)大而造成電能浪費(fèi)。二是通過(guò)電阻的方式改變電流，達(dá)到改變提升機(jī)運(yùn)輸速度的目的，這一過(guò)程會(huì)導(dǎo)致機(jī)身?yè)p耗嚴(yán)重，影響提升機(jī)性能發(fā)揮。采用變頻技術(shù)可很好地規(guī)避以上問(wèn)題。

變頻技術(shù)的介入，可很好地代替電阻進(jìn)行工作。通過(guò)變頻技術(shù)改變電流，并控制電流輸出，可有效實(shí)現(xiàn)提升機(jī)傳輸速度的更換，既不會(huì)損傷機(jī)體，且能很好地節(jié)約電能，確保提升機(jī)工作效率的提升。如圖1 是某煤礦企業(yè)對(duì)提升機(jī)進(jìn)行變頻技術(shù)改造后的結(jié)構(gòu)圖，該圖很好呈現(xiàn)了變頻技術(shù)在提升機(jī)中的有效應(yīng)用。

2.4 變頻技術(shù)運(yùn)用于皮帶機(jī)中

在煤礦開(kāi)采行業(yè)中，皮帶機(jī)屬于重要的運(yùn)輸類(lèi)機(jī)電設(shè)備。皮帶機(jī)在工作時(shí)，主要是由設(shè)備中的皮帶帶動(dòng)輪車(chē)實(shí)現(xiàn)不同程度的位移，繼而很好地將車(chē)中的“材料”運(yùn)輸?shù)街付ǖ牡攸c(diǎn)中去。在煤礦開(kāi)采中，皮帶機(jī)的運(yùn)用大大提升了整個(gè)開(kāi)采工作的效率，讓煤礦開(kāi)采過(guò)程中形成較為完善的運(yùn)輸體系。

誠(chéng)然，皮帶機(jī)啟動(dòng)一直是備受關(guān)注的問(wèn)題，其在啟動(dòng)中需要消耗大量的電能，因其啟動(dòng)時(shí)需要瞬間帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，使其盡快投入到運(yùn)輸中來(lái)，消耗較多的電能是必然的。但值得思考的是，皮帶機(jī)所消耗的這些電能并非全部用于皮帶機(jī)啟動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)，而是在不知不覺(jué)中被浪費(fèi)掉。在啟動(dòng)過(guò)程中，皮帶機(jī)一般是開(kāi)始緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。但在啟動(dòng)的瞬間，由于消耗大量的能源，會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的熱量，這些熱量不僅會(huì)使皮帶機(jī)磨損，同時(shí)，還會(huì)影響皮帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

變頻技術(shù)引入，可讓皮帶在瞬間啟動(dòng)時(shí)減少能源消耗，平緩電能輸出，這樣可減少對(duì)皮帶機(jī)體的傷害，還能提升工作的效率。某企業(yè)針對(duì)煤礦外運(yùn)皮帶機(jī)進(jìn)行了變頻技術(shù)改造，改造前與改造后，整個(gè)皮帶機(jī)的運(yùn)行性能更好，其節(jié)能減耗的效果更佳。

圖2 中的皮帶機(jī)使用的是3 臺(tái)高壓電機(jī)合力拖動(dòng)，這就是常見(jiàn)的“雙滾筒三機(jī)拖動(dòng)”。這一皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)主要是由M1、M2、M3 這三臺(tái)異步高壓電動(dòng)機(jī)構(gòu)成，M1、M2、M3 均是160kW、6kV的高壓電機(jī)。在M1、M2、M3 的推動(dòng)下，這一皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)主要是借助減速器、液力耦合器，并配合皮帶與滾筒間的摩擦來(lái)工作的。變頻技術(shù)應(yīng)用到皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)滿(mǎn)足四個(gè)要求：

（1）低啟動(dòng)電流，建設(shè)電流啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響，延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命；

（2）盡可能降低機(jī)械啟動(dòng)的沖擊，使其降至最小；

（3）皮帶機(jī)可進(jìn)行大功率平衡作業(yè)；

（4）有計(jì)劃啟動(dòng)可控裝置。

將變頻技術(shù)運(yùn)用于皮帶機(jī)中，可在原有皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再增加3 臺(tái)隔爆兼本變頻調(diào)速設(shè)施，并綜合考慮負(fù)荷大小與皮帶機(jī)長(zhǎng)度，合理設(shè)置系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間，可設(shè)置為60s。在整個(gè)傳統(tǒng)系統(tǒng)工作時(shí)，可借助變頻器的軟啟動(dòng)，讓皮帶機(jī)和電機(jī)的軟啟動(dòng)進(jìn)行有效整合。這樣，便可合理控制啟動(dòng)中的張力，減少啟動(dòng)中所消耗的不必要的能量。變頻技術(shù)運(yùn)用于皮帶機(jī)之后，皮帶機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)便增加了智能啟動(dòng)、智能調(diào)速等功能。從整個(gè)運(yùn)行效果來(lái)看，變頻技術(shù)的介入能夠真正減少驅(qū)動(dòng)電機(jī)與皮帶機(jī)故障，并且使得滾筒的壽命得以最大幅度延長(zhǎng)，皮帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率也得以平衡。

2.5 變頻技術(shù)運(yùn)用于水泵中

在煤礦開(kāi)采中，隨著礦井深度的持續(xù)增加，工人經(jīng)常會(huì)遇到地下水流路線(xiàn)，如果在開(kāi)采中不小心切斷了這些路線(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致礦井內(nèi)地下水大量蔓延、積累。而大量地下水積累會(huì)嚴(yán)重干擾煤礦工作開(kāi)采，輕者會(huì)阻礙開(kāi)采進(jìn)程，重者會(huì)造成礦井塌方，威脅工作人員的生命健康。再者，地下水導(dǎo)電性較強(qiáng)，如果裸露的導(dǎo)線(xiàn)與地下水接觸，會(huì)導(dǎo)致電流迸濺，可能引發(fā)爆炸事故。為了盡可能減少煤礦開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)，就要發(fā)揮水泵的重要作用。

水泵在工作中需要依賴(lài)較大的電能，才能確保將地下水通過(guò)水泵抽出，營(yíng)造安全的地下礦井生產(chǎn)環(huán)境。變頻技術(shù)引入可智能化控制水泵運(yùn)作功率，改善水泵的工作效率。變頻技術(shù)可合理調(diào)節(jié)水泵的流量，使其根據(jù)不同積量的地下水情況采用科學(xué)的功率泵水，提高水泵工作的智能性，讓水泵設(shè)備的功效最大限度發(fā)揮?？梢?jiàn)，在水泵中運(yùn)用變頻技術(shù)，可節(jié)能降耗，提高效率，還能為工人的人身生命健康提供安全保障。

3 小結(jié)

在新時(shí)期，隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，煤礦機(jī)電設(shè)備中越來(lái)越多地引入了變頻技術(shù)。就當(dāng)下而言，我國(guó)不少的煤礦開(kāi)采團(tuán)隊(duì)已然意識(shí)到了變頻技術(shù)的重要性，并在開(kāi)采中逐步實(shí)現(xiàn)了變頻技術(shù)的應(yīng)用。變頻技術(shù)應(yīng)用于采煤機(jī)、通風(fēng)機(jī)、提升機(jī)、皮帶機(jī)、水泵等各種機(jī)電設(shè)備中，不僅可提升煤礦開(kāi)采效率，同時(shí)也保障了工作人員的安全?？偠灾冾l技術(shù)運(yùn)用可使得煤礦機(jī)電設(shè)備更高效率投入煤礦開(kāi)采，提升我國(guó)整個(gè)煤炭行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，繼而推動(dòng)整個(gè)煤炭行業(yè)節(jié)能、環(huán)保、健康、穩(wěn)定發(fā)展。