煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的思考

國(guó)內(nèi)的煤炭資源有著很大的儲(chǔ)量，對(duì)保證經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮著重要作用。煤礦生產(chǎn)需要耗費(fèi)大量的電能，能源的利用效率不高，隨著GTR、IGBT元件性能的不斷進(jìn)步，很多煤礦把變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到煤炭資源開(kāi)采和生產(chǎn)中，取得了很好的節(jié)能效果，具有很好的推廣價(jià)值。
　　1 變頻節(jié)能技術(shù)
　　變頻技術(shù)，是把具備50赫茲的交流電通過(guò)整流元件調(diào)制為537伏的直流電，采用DSP芯片控制IGBT元件把直流電逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電源頻率的控制。而電機(jī)的運(yùn)行速度公式為ｖ＝60f/p，f為電源頻率，p為電機(jī)的極對(duì)數(shù)，可以通過(guò)對(duì)電源頻率的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速。傳統(tǒng)的電力拖動(dòng)控制，電機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整范圍較窄，使得電機(jī)運(yùn)行速度無(wú)法與煤礦生產(chǎn)要求匹配，即便采用串電阻或改變極對(duì)數(shù)的控制方式，也只能實(shí)現(xiàn)一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的調(diào)整，使得很多電能消耗到制動(dòng)電阻中。電機(jī)內(nèi)部的電能耗損出比較嚴(yán)重，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的使用壽命。
　　2 煤礦生產(chǎn)設(shè)備變頻節(jié)能技術(shù)原理
　　變頻器內(nèi)部的GTR或IGBT功率模塊對(duì)煤礦節(jié)能發(fā)揮著重要作用，IPM功率模塊可以應(yīng)用到更大功能的煤礦生產(chǎn)設(shè)備當(dāng)中。隨著變頻控制技術(shù)的發(fā)展，壓頻比的控制方式已經(jīng)取得了很大的創(chuàng)新，矢量控制技術(shù)使得控制精度得到了較大的提升，可以更為廣泛地應(yīng)用到提升類負(fù)載中，使得變頻技術(shù)更適用于煤礦生產(chǎn)。
　　從控制理論來(lái)看，模糊控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制可以使變頻技術(shù)有著更為廣泛的應(yīng)用范圍，內(nèi)部采用集成電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理，也可以實(shí)現(xiàn)與控制設(shè)備的通訊，開(kāi)放性的通信協(xié)議使得控制起來(lái)更為方便。變頻節(jié)能技術(shù)不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速，還可以具備控制程序和參數(shù)設(shè)置功能，水泵風(fēng)機(jī)變頻器、矢量變頻器等可以使變頻技術(shù)針對(duì)不同工況進(jìn)行調(diào)速。
　　3 變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦設(shè)備中的應(yīng)用
　　3.1 提升機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)
　　煤礦企業(yè)的生產(chǎn)離不開(kāi)性能可靠的提升機(jī)，提升機(jī)是煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，提升機(jī)的穩(wěn)定性、可靠性直接影響著煤礦生產(chǎn)安全，也是主要的耗能設(shè)備。傳統(tǒng)的提升機(jī)調(diào)速采用對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的控制方式，控制回路中采用電阻箱，并配套控制電路來(lái)控制串入電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻數(shù)量，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)速度區(qū)段的調(diào)速，但該調(diào)速技術(shù)安全性較低，雖然實(shí)現(xiàn)一定的電機(jī)速度控制，但很多電能被浪費(fèi)到電阻箱中。變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，使得提升機(jī)電機(jī)可以在不同的象限中實(shí)現(xiàn)調(diào)速，再配套控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，可以在更寬的速度區(qū)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)調(diào)速。
　　3.2 皮帶輸送機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)
　　皮帶輸送機(jī)利用皮帶和輥輪把煤炭輸送出來(lái)，是一種通過(guò)摩擦力和張力進(jìn)行牽引的設(shè)備，是煤礦生產(chǎn)的重要設(shè)備之一。皮帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要采用液力耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，無(wú)法根據(jù)煤炭資源重量來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，驅(qū)動(dòng)電機(jī)保持在恒定轉(zhuǎn)速狀態(tài)，存在著較大的電能浪費(fèi)。變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)液力耦合器的軟啟動(dòng)功能，啟動(dòng)電流數(shù)值較小，可以避免驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生發(fā)熱和沖擊現(xiàn)象，可以把皮帶輸送機(jī)煤炭輸送性能完全發(fā)揮出來(lái)。變頻調(diào)速裝置也可以把電機(jī)進(jìn)入到發(fā)電狀態(tài)的電能回饋到電網(wǎng)中，避免由于制動(dòng)造成的電能損失，避免對(duì)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生沖擊，可以提高設(shè)備使用壽命。采用四象限變頻調(diào)速技術(shù)，需要把整流橋改進(jìn)行IPM功率模塊，從而建立起可控整流橋。驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，逆變控制電路具備整流功能，而變頻器電源端的整流電路起到逆變作用，可以把電能輸送到電網(wǎng)當(dāng)中。
　　3.3 流體負(fù)荷變頻節(jié)能技術(shù)
　　煤礦生產(chǎn)中離不開(kāi)風(fēng)機(jī)水泵類設(shè)備，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和電機(jī)運(yùn)行速度平方呈現(xiàn)出正比例關(guān)系，流體類負(fù)載需要輸入較大的啟動(dòng)功率，方可以使風(fēng)機(jī)水泵設(shè)備進(jìn)入到正常工作狀態(tài)，傳統(tǒng)的流量控制通過(guò)對(duì)閥門(mén)進(jìn)行控制，采用電機(jī)恒速驅(qū)動(dòng)同樣存在著電能浪費(fèi)，也無(wú)法達(dá)到流體流量控制要求，生產(chǎn)效率不高。采用專用于風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載的變頻器，可以更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)流體設(shè)備調(diào)速，配套控制功能可以根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行啟停和調(diào)整控制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行速度可以合理的降低，驅(qū)動(dòng)功率也會(huì)相應(yīng)的減少，可以與礦井瓦斯進(jìn)行安全閉鎖，并具備過(guò)流和斷電保護(hù)功能，可以更好地滿足煤礦生產(chǎn)需求，可以起到很好的節(jié)能效果。變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，使得煤礦風(fēng)機(jī)水泵類設(shè)備控制更加靈活，避免由于對(duì)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生沖擊。煤礦水泵的變頻調(diào)速可以把礦井液位控制進(jìn)行結(jié)合，根據(jù)液位情況來(lái)調(diào)速水泵運(yùn)行速度，有效降低了水泵空轉(zhuǎn)時(shí)間和高頻次啟停帶來(lái)的電能消耗和沖擊，在達(dá)到節(jié)能效果的同時(shí)，保證煤礦的安全生產(chǎn)。
　　4 變頻器節(jié)能技術(shù)在煤礦設(shè)備中的應(yīng)用前景
　　隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，大功率和高電壓的變頻裝置的性能也在不斷完善，變頻技術(shù)具有很好的節(jié)能特性，可以進(jìn)一步降低煤礦生產(chǎn)成本，使煤礦生產(chǎn)工藝不斷得到完善。由于煤礦是高耗能行業(yè)，把變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)中，會(huì)對(duì)煤礦降本增效產(chǎn)生更大的促進(jìn)作用。
　　5 結(jié)語(yǔ)
　　綜上所述，煤礦生產(chǎn)的多種設(shè)備都需要耗費(fèi)大量的電能，采用變頻節(jié)能技術(shù)可以把電能消耗量減少30%左右，具有很好應(yīng)用前景。當(dāng)前，變頻節(jié)能技術(shù)還沒(méi)有完全普及，煤礦生產(chǎn)所需的機(jī)電設(shè)備類型較多，需做好變頻器選型匹配工作，加大對(duì)原來(lái)機(jī)電設(shè)備的變頻調(diào)速改造，可以達(dá)到較為理想的節(jié)能減排的效果，從而為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。