变频技术在现代煤矿机电工程中的应用曹建鹏1 曾贞2 董治民3

发表时间:2019/11/29   来源:《城镇建设》2019年2卷16期   作者:曹建鹏1 曾贞2 董治民3
[导读] 煤矿机电工程建设水平也得到了相应的提升。
        摘要:当前,随着我国社会经济发展的不断进步,煤矿机电工程建设水平也得到了相应的提升。根据以往的技术应用实践经验可以发现,将变频技术与煤矿机电工程建设结合起来,能够实现工程建设节能水平的提升,同时也能够进一步加强针对机电设备的管理工作。基于此,本文对变频技术在现代煤矿机电工程中的应用进行分析,以供参考。
        关键词:变频技术;现代煤矿;机电工程;应用

        变频技术的最大特点在于具有比较强的调节性能,进而实现能效方面的优化,尤其是在风机负载、泵类灯电器的应用方面能够显示出更加强大的节能优化效果。因此,将变频技术应用于煤矿机电工程中能够响应国家可持续发展、节能减排的工业发展要求,使企业自身的市场竞争力得到提升。相关单位需要进一步加大对于变频技术的研究投入力度,了解变频技术在应用方面的优势,提高变频技术的应用水平。
        1 变频技术概述
        变频技术是指在一体化和强弱电混合技术基础上,密切结合计算机、电子电力、电机等技术的一种综合技术形式。将变频技术应用到煤矿机电工程中能够通过半导体的设置、信号传输的转换来合理把控电压、电流。变频技术在使用过程中能够利用可控制半导体器件设备来将工频电源转变为其它的频率电源,从而实现对相关设备的有效控制。变频技术的工作原理将交流电压转变为直流电压,然后再通过逆变器转变为需要的交流电压,从而打造适用于各类电机的驱动电压模式。
        2 煤矿机电工程中变频技术的应用原理
        变频技术具备较大的优势,如高效能、高功率因数等得到了越来越多矿业企业的青睐。近几年来变频技术也在煤矿企业中应用越来越广泛,随着我国科学技术水平的提高,变频技术也不断升级。煤矿机电工程项目中也将会应用到越来越先进的变频技术,从而使煤矿企业的生产成本不断降低,而且还降低了对环境的污染,使企业的市场竞争力得到提高。机械设备投入运行的状态下,煤矿机电工程动力设计过程中,有很长一段时间并不处于满载负荷的状态下。为了能够将更多的机械动力投入于生产期间,需要最大程度上缓解非满载负荷状态下机械设备的能源使用量,这就需要在煤矿机电工程中合理有效的应用变频技术。变频技术的应用具体涉及到计算机控制技术、电力电子技术和电机传动技术。由此可知,变频技术主要涉及到机械能源控制和强弱电控制两个方面。当前我国又极力推崇绿色生产和节约型社会的构建,因此变频技术在煤矿机电工程项目中的应用也是十分有必要。变频技术可以根据电机实际的负载来进行速度的调控,促进平滑功能的实现,最终使电机工作效率得到有效提高。该技术的应用原理主要为:利用半导体元件来转化工频电流信号,改变电流信号频率,在此基础上进一步转化工频电流,将交流电改变为直流电,通过逆变器来进一步控制电流与电压,以无级调速的形式对煤矿机电设备内部的电流与电压进行控制。变频技术在煤矿机电工程中的应用主要依靠电流频率与电机转速之间固有的同比增长关系,进而控制电流频率,调节电机转动速度。有效应用变频技术可以更加严格、精确的控制电机转动速度,达到高效节能的机械设备运行效果。
        3 变频技术的特性与优势
        变频技术在机电领域有着十分广阔的应用场景,变频技术的应用以强弱电混合与机电一体化技术为基础,在电力电子技术、传统电机技术和计算机技术的支持下能够起到更加灵活、便捷的电机调整作用,该技术与各种其他学科的技术有着十分密切的联系。通过变频技术可以对机电设备内部电路中的半导体进行额外的设置,通过半导体对工频信号进行转换,结合逆变器设备实现机电设备的实时控制。

        煤矿机电生产相比于其他行业生产来说由于所处的生产环境十分恶劣,相关的机械设备必须长时间保持运作,而设备的运转速度则需要随着生产需求的变化而进行调整,变频技术的应用一方面在于节约能耗同时也在于提高各种大型机械设备与内部零件的使用寿命。只有节约能耗才能够进一步降低相关企业在生产过程中的资金压力,提高经济收益水平,增强自身的市场竞争力。同时也能够进一步节约能源资源,降低煤矿生产对周围环境所造成的生态压力。同时,变频技术对于各种大型机械设备均有着比较高的兼容性,能够应用于各种运作方式不同、应用特点不同的机械设备,该技术的发展前景十分广阔。
        4 变频技术在煤矿机电工程中的应用分析
        变频技术在煤矿机电工程中已经得到广泛的应用。变频技术一方面能够使电机在运行过程中保持良好的工作状态,同时也能通过智能操作与远程操作的方式对机电设备进行控制。煤矿机电工程中变频技术的应用主要体现在以下几个方面:
        4.1 在提升机中应用变频技术
        煤矿机电工程中提升机应用率比较高,在整个煤炭开采过程中,提升机所担任的就是工人和货物的运输功能。但随着煤矿的不断开采,开采的难度和深度都会不断加大,对于提升机的要求也在不断发生改变,尤其是需要对提升机的启动关闭以及速度等进行调整。通过调整来实现以最小的成本获取最大的收集,这就说明提升机在整个煤矿开采中都起到了至关重要的作用。提升机在工作的过程中需要将金属电阻元件加入到控制电路中,以此来对转速进行控制,但是采用此种方式不仅无法更有效的实现资源节约,而且还会产生大量无法被利用的热量造成资源的浪费。另外,此种方式的精确度仍有待提高,无法在调节的过程中找到最合适的范围。煤矿开采中使用传统提升机时无法对其进行自动化的设计,还需要利用额外的设施来进行控制,而只要利用到额外设施也必然会导致资源的浪费。在此种背景下需要在提升机中采用变频技术,这样就能够减少继电器的使用率,节省后期机器设备的维护费用。另外在提升机中采用变频技术还能够使提升机的精确度和提升速度、深度等得到明显提高,减少提升机不停的上下造成的设备磨损。
        4.2 皮带设备中应用变频技术
        皮带在煤矿开采过程中也是不可缺少的设备,皮带设备的使用频率一般会比提升机更大。

皮带所起到的作用也是传输作用,将开采出来的煤炭传输到特定的地方,皮带运转的机理就是通过相互摩擦最终使设备实现正常运转。皮带在启动过程中必须要借助于很大的启动电流,这也会给电路电压造成压力,也会使皮带设备出现损毁。皮带特殊的工作机理,会使其在摩擦中不断使温度升高,最终使得机器出现磨损现象。在此背景下,在皮带运行过程中采用变频技术,减少皮带在运行过程中由于摩擦所带来的热量,使整个煤炭开采中的安全隐患都得到降低。纵观我国大多数煤矿中,机电工程中所采用的一般都是液力耦合设备,以此来对皮带进行软启动,在软启动时需求的电流量比较大,会导致皮带设备零件被损伤。这就说明了变频技术在皮带设备中具有应用的必要性,让变频技术取代液力耦合设备来实现皮带的软启动,这样皮带不管是在启动、运行还是停止过程中都需要保持稳定,最终使其利用率得到进一步的提高。
        4.3 通风设备中应用变频技术
        通风机设备在煤矿企业生产中占据十分重要的地位,在煤矿开采过程中需要确保施工现场的空气畅通。在煤矿开采的不断增加下,对风压要求提升,在煤矿开采中需要相关人员加强对通风设备功率的调整。但是从实际情况来看,通风设备调整是一项对深度有着较高要求的活动,且煤矿开采行业在不同发展阶段的通风设计方案不同,在无形中加大了通风设备功率调整难度,会出现资源浪费的问题。变频技术在通风机中的应用能够改善以往通风机运行情况,在传统风机和变频技术的结合下,很大程度上减少了重复施工作业现象的发生,节省了大量资源、能源。在机电设备运行的过程中,通风设备对于生产作业环境方面的改善有着十分重要的作用。为了能够使作业现场保证具有良好的通风环境,需要维持通风设备长期的运行状态。然而在不断增加开采深度的过程中,通风设备所需要提供的风压越来越高,同时也需要配合较高的设备运行功率。在这种情况下,要求通风设备逐渐增加排风量,并且在通风设备启用的过程中,为设备的启动提供比较大的电流。应用变频技术,能够对设备运转速度进行有效的控制,进而实现能源消耗量的降低,通风设备也能够在高低频率交换的情况下降低老化速度。
        4.4 在空气压缩机中应用变频技术
        交流电机和空气压缩机都是煤矿风动机的重要构成部分,需要长时间进行运转,当前空气压缩器会根据运行情况设置运行下限和上限,如果交流电机的使用量超过了设置的上限,机会关闭阀门,在这个状态下空气压缩机不产生压缩气体,也就是电动机处于空载状态,进而导致资源浪费。煤矿风动电机的运行离不开空气压缩机的知识,该设备的运行动力来源于交流电机,该设备需要长时间保持高速运行才能够有效的支持煤炭生产作业。空气压缩机的压力控制普遍采取剩下两点同时操作的模式,工频运行状态是交流电机最为主要的运行状态,在空气压缩机与预设压力之相一致的情况下,机器会自动关闭气阀,停止生产压缩气体。电动机进入空载状态;随着压力的降低气阀会自动打开,重新对气体进行压缩并重新回到重载状态。在具体应用中,煤矿的产气量和实际用量并不完全向一致,空压机需要在卸载与加载之间不停转换,这无论对整个电网还是对空压机自身均会造成比较严重的影响。应用变频技术能够实现针对空压机高精度、灵活性的操作,相关的机械维护工作更加便捷,在调整电动机运行速率的过程中也能够实现转速方面的调整,通过变频器能够对电量大小进行灵活的调整,进而实现对迅速的调控,空压机在装载与卸载两方面的控制方式也发生了改变,稳定供汽压力,即使没有超过额定转速,也能够维持电机运转。
        4.5 在煤矿风机中应用变频技术
        现如今煤矿在设计矿井的通风方案时存在着比较大的差异性,比如在矿井生产中期为了确保通风的可行性会选择更换风机的形式,但是在实际操作时难度却比较大,而且也十分容易使所使用的机械设备发生故障,这也增加了后期的维修难度。变频技术的主要优势就是具备显著的节能效果以及良好的调节性能,因此在其机电设备中的应用非常广泛。其一开始是广泛的应用在风机以及泵类负载上,其在煤矿机电设备中的应用起步比较晚。随着科学技术的不断发展,矿井通风设计方案的差异性非常的大,比如矿井生产中期,主要是通过不同更换风机的方式来确保通风可行性,而且实际操作相对比较复杂,而且比较容易出现机电设备故障问题,这在很大程度上加大了维修量和维修难度。此外,传统风机会通常会暂时的搁置,资源浪费非常严重,这也在很大程度上影响了煤矿机电设备的有效利用率。然而,变频技术在煤矿风机中的应用,可以有效改变这一现状,对于解煤矿决通风问题,避免重复更换等工作,起到了非常重要的作用,而且节能效果也非常的明显。比如,煤矿掘进过程中,只需一台风机即可有效满足风量需求,操作也非常的方便。除此之外,在更换风机时必然会出现一些暂时不用的,搁置在一旁的风机,这实际上也造成了资源的浪费,降低了煤矿机电工程项目中设备的使用率。但是在煤矿风机中使用变频技术就可以使这一现象得到显著改善,而且也起到了明显的节能效果。在实际应用中可以根据不同的需求来对风机进行变频调节,操作难度小,节约资源。
        5 结束语
        十三五规划中正式提出了新的发展理念,而绿色发展则是其中的重要构成部分。煤矿作为能源产业,为了适应新的发展理念需要积极应用新技术和新方法。变频技术当前已经被广泛应用于煤矿机电工程中,不仅使煤矿生产力得到提高,而且也提高了资源的利用率,降低能源浪费,符合绿色发展理念,值得推广。本文详细阐述了煤矿机电工程中变频技术的应用原理,同时也介绍了变频技术在煤矿机电工程中的应用场景。经过深入的分析发现,在我国煤矿行业生产规模逐渐扩大的大背景下,煤矿机电领域已经开始广泛应用变频技术。根据以往的生产实践经验可知,变频技术的应用一方面能够使煤矿生产效率得到提升,同时也能进一步缓解煤炭生产在能源供应方面的压力,对以往所采用的提升设备应用方案进行改良与创新,从更高的水平上促进煤矿行业的发展。因此,相关单位需要对变频技术的应用方法与应用特点进行更加全面的研究与分析,拓展变频技术的应用场景,既要实现相关企业更高的经济收益,也要为我国的现代化发展作出贡献。
参考文献:
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