郭擁軍

(山西長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 047100)

1 前言

我國(guó)現(xiàn)代煤礦高速發(fā)展的重要標(biāo)志就是變頻技術(shù)的應(yīng)用，我國(guó)煤礦工業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化到機(jī)電化的過(guò)渡，可以滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)煤礦產(chǎn)量需求。變頻技術(shù)的綜合性比較強(qiáng)，是近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的重要技術(shù)，基于變頻技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)代煤礦機(jī)電工程發(fā)展，就要把握變頻技術(shù)的主要工作原理，加強(qiáng)其在煤礦機(jī)電工程中的應(yīng)用。

2 變頻技術(shù)及其發(fā)展

2.1 主要內(nèi)涵

作為一門綜合性很強(qiáng)的新型科學(xué)技術(shù)，變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的統(tǒng)一，目前在機(jī)械設(shè)備控制中運(yùn)用非常普遍。變頻技術(shù)具有優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能，而電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，完成了傳動(dòng)和控制的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。變頻技術(shù)的工作原理主要利用的是半導(dǎo)體元件，它可以實(shí)現(xiàn)工頻電流信號(hào)向其它相應(yīng)頻率的轉(zhuǎn)化，再將工頻電流轉(zhuǎn)化為直流電，在整個(gè)過(guò)程中逆變器可以實(shí)現(xiàn)電壓和電流的控制調(diào)節(jié)，保證機(jī)電設(shè)備進(jìn)入無(wú)級(jí)調(diào)速狀態(tài)[1]。目前現(xiàn)代煤礦機(jī)電工程中應(yīng)用的變頻技術(shù)主要是對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和電源頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以完成對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和機(jī)電設(shè)備的控制。而且變頻技術(shù)對(duì)于保證煤礦機(jī)電工程設(shè)備的平穩(wěn)、控制設(shè)備的加減速等都有重要作用，是現(xiàn)代煤礦機(jī)電工程的發(fā)展方向。

2.2 發(fā)展現(xiàn)狀

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了變頻技術(shù)的發(fā)展，尤其是電子信息技術(shù)的發(fā)展，目前變頻技術(shù)在理論研究和實(shí)踐應(yīng)用中都發(fā)展很快，而且其經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益都非常好。變頻技術(shù)的應(yīng)用使得生產(chǎn)過(guò)程中能源消耗大幅度降低，越來(lái)越多企業(yè)開始引進(jìn)這一技術(shù)。對(duì)于系統(tǒng)的控制方式和功能，變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)控制模塊的智能設(shè)置，提高其生產(chǎn)的綜合化水平。因此，隨著變頻技術(shù)的不斷更新，未來(lái)發(fā)展過(guò)程中將會(huì)在不同行業(yè)和領(lǐng)域中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

3 變頻技術(shù)在現(xiàn)代煤礦機(jī)電工程中的應(yīng)用

3.1 煤礦風(fēng)機(jī)

在風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載是最早開始運(yùn)用變頻技術(shù)的，但是應(yīng)用在煤礦機(jī)電設(shè)備中還比較晚?，F(xiàn)在礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)的方案比較多，而且差異性越來(lái)越大，實(shí)際操作過(guò)程復(fù)雜。比如在礦井生產(chǎn)中期，需要對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行更換，這樣才能保證其通風(fēng)效果，而實(shí)際操作中機(jī)電設(shè)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(fēng)機(jī)會(huì)被暫時(shí)擱置，造成資源大量浪費(fèi)，使得煤礦機(jī)電設(shè)備的有效利用率降低。如果在煤礦風(fēng)機(jī)中應(yīng)用變頻技術(shù)，不僅可以提高煤礦的通風(fēng)性，也防止重復(fù)的更換工作，提高節(jié)能效果[2]。例如在煤礦掘進(jìn)時(shí)，一臺(tái)風(fēng)機(jī)就可以滿足其風(fēng)量需求，使得操作過(guò)程更加方便。

3.2 煤礦提升機(jī)

在煤礦企業(yè)中，煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)用電量是其用電量的70%～90%，尤其是在大功率用電設(shè)備的啟動(dòng)、加速、減速、制動(dòng)等過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)荷，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電壓波動(dòng)，并對(duì)其他設(shè)備安全運(yùn)行產(chǎn)生影響，比如礦井提升機(jī)、膠帶輸送機(jī)、主要通風(fēng)機(jī)、主要排水泵等。一旦產(chǎn)生機(jī)械沖擊，設(shè)備的損傷就會(huì)增加，可能會(huì)影響其使用壽命。變頻技術(shù)因其具備良好的調(diào)速性能和節(jié)能效果，使得煤礦機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化控制程度和運(yùn)行效率得到了提高。因?yàn)榈V井提升機(jī)的工作條件特殊，所以在復(fù)雜、繁重的運(yùn)行條件下，其設(shè)備性能就必須滿足更高的要求。實(shí)際工作中提升機(jī)需要進(jìn)行不斷的啟動(dòng)關(guān)閉，其調(diào)速任務(wù)重，增大了機(jī)電設(shè)備的故障發(fā)生可能性，使得機(jī)電設(shè)備容易受到損害。對(duì)于提升機(jī)，變頻技術(shù)可以提供一種有效保護(hù)，并提高其工作效率，有利于提高提升機(jī)的運(yùn)行能力。變頻設(shè)備的內(nèi)部軟件用來(lái)調(diào)節(jié)提升機(jī)的速度，這樣就可以降低提升機(jī)的故障發(fā)生頻率，減少機(jī)電設(shè)備的維修和費(fèi)用，并且可以實(shí)現(xiàn)電能的有效節(jié)約，最終達(dá)到節(jié)能降耗的目的[3]。

3.3 煤礦空氣壓縮機(jī)

空氣壓縮機(jī)是煤礦風(fēng)動(dòng)機(jī)電運(yùn)行的主要?jiǎng)恿?lái)源，通常由交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)，所以必須保證電動(dòng)機(jī)一直處于全速的工作狀態(tài)。而空氣壓縮機(jī)進(jìn)行壓力控制會(huì)運(yùn)用上下兩點(diǎn)控制模式進(jìn)行，使得交流電動(dòng)機(jī)一直處于工頻的運(yùn)行狀態(tài)。如果空氣壓縮機(jī)的氣缸壓力和其預(yù)設(shè)的壓力值一致，此時(shí)空壓機(jī)的進(jìn)氣閥可以關(guān)閉，不需要繼續(xù)產(chǎn)生壓縮氣體，保證電動(dòng)機(jī)處于空載狀態(tài)。在壓力不斷下降過(guò)程中，如果其接近預(yù)設(shè)壓力，就會(huì)打開空壓機(jī)氣閥，并產(chǎn)生壓縮空氣，此時(shí)就是一種重載狀態(tài)。但是通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，煤礦實(shí)際用氣量和產(chǎn)氣量不可能完全一致，所以空壓機(jī)就需要頻繁的進(jìn)行加載卸載，影響電網(wǎng)、電動(dòng)機(jī)和空壓機(jī)。因?yàn)樽冾l技術(shù)的高控制精度、易操作性和免維護(hù)性的特點(diǎn)，如果將其應(yīng)用于普通電動(dòng)機(jī)調(diào)速，在其拖動(dòng)負(fù)載時(shí)就不用改動(dòng)，只需要根據(jù)具體的生產(chǎn)工藝要求調(diào)整其轉(zhuǎn)速輸出[4]。對(duì)于傳統(tǒng)空氣壓縮機(jī)的加載方式來(lái)說(shuō)，變頻器驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)了控制方式的根本改變，只要根據(jù)用氣量對(duì)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)控，這樣供氣壓力就會(huì)基本恒定，減少壓縮機(jī)的啟停次數(shù)。

3.4 皮帶設(shè)備

皮帶設(shè)備是煤礦機(jī)電工程中運(yùn)用比較頻繁的一種設(shè)備，其啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)必須有大功率支持。目前我國(guó)現(xiàn)代煤礦機(jī)電工程中的皮帶設(shè)備實(shí)施軟啟動(dòng)大多是利用液力耦合設(shè)備，這一過(guò)程中并未改變電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的實(shí)際過(guò)程，仍會(huì)需要很大的電流，其沖擊電流對(duì)于設(shè)備零件會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷。而且運(yùn)行中液力耦合設(shè)備低效調(diào)速產(chǎn)生的熱量比較多，使得皮帶設(shè)備內(nèi)部的溫度迅速升高，容易產(chǎn)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(shù)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的液力耦合設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的軟啟動(dòng)，設(shè)備瞬時(shí)張力減小，使得皮帶損傷的情況得到緩解，為設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著煤礦開采不斷進(jìn)行，其設(shè)備和技術(shù)的更新為煤礦開采提供了新的動(dòng)力支持，推動(dòng)了我國(guó)煤礦開采業(yè)的專業(yè)化發(fā)展，大大提高了其開采生產(chǎn)效率，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了能源動(dòng)力支持。目前我國(guó)現(xiàn)代煤礦機(jī)電工程中應(yīng)用了變頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)煤礦機(jī)電施工中的節(jié)能降耗，提高了煤礦機(jī)電工程的工作效率，并在具體實(shí)踐中取得了很好的效果。在現(xiàn)代煤礦機(jī)電工程的風(fēng)機(jī)、提升機(jī)、空氣壓縮機(jī)、皮帶設(shè)備等多個(gè)環(huán)節(jié)中都有變頻技術(shù)的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)煤礦機(jī)電生產(chǎn)的不足，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)工業(yè)發(fā)展運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)變，推動(dòng)了我國(guó)現(xiàn)代煤礦機(jī)電工程向節(jié)能環(huán)保方向的轉(zhuǎn)型。