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分析变频技术在现代煤矿机电工程中的应用实践曹龙

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：曹龙

[导读] 摘要：在我们国家日益繁荣昌盛的过程中，我国科技的发展，以及经济水平的快速提高，变频节能技术的发展越来越快。

        江苏省矿业工程集团有限公司矿业分公司江苏省徐州市 221000
        摘要：在我们国家日益繁荣昌盛的过程中，我国科技的发展，以及经济水平的快速提高，变频节能技术的发展越来越快。变频节能技术具有控制、调节等特点，在煤矿生产中应用变频节能技术，可改善采矿环境，在提升、通风等环节应用该技术均取得了显著的效果。
        关键词：变频技术；煤矿机电；应用实践
        1引言
        在我国社会经济获得蓬勃发展的今天，煤炭领域中，变频技术的应用范围也是比较广的，并充分发挥了其应有的价值，特别是在存漏填矿井中以及在生产系统的电能设备中。因为变频技术的出现解决了很多实际问题，大大提高了煤炭行业的生产效率。
        1.1技术内涵
        变频技术主要通过较为先进的设备及技术手段改变现阶段的设备工作频率以达到生产目的。而这一过程中变频器的主要任务为设备的频率控制，同时变频器结构较为复杂，组件较多，一般其组成结构为电源、电极、控制面板等。因此，有效收集相关组件能够使电动机的运行保持较为高效的状态。原有的机电设备频率一般不可改变，其速度也很难被控制，导致设备的运行状态一直不变，也不能结合矿井的实际情况进行调整，严重制约了矿井生产效率，造成了大量的能源消耗。使用变频技术后能够使设备的适用性更加广泛，对于矿井复杂的实际生产情况更加适应，最终在提高生产效率的同时完成节能的任务。
        1.2变频节能技术工作原理
        变频器工作原理可以简述为交-直-交，整流器将交流电源转换成直流电源，然后把直流电源再转变为电压、频率，对交流电源进行有效控制，然后输送给发电机。控制、整流、逆变以及直流电共同组成了变频器的电路。其中，整流部分使用的整流器是三相桥式不可控制型的，直流部分主要起到滤波功能，其中直流储能、缓冲是没有功率的；逆变器部分采用IGBT三相桥式逆变器，可调整其输出的脉冲宽度，对变频器的功能有重要影响，也是变频器的核心部分。变频节能技术主要通过变频调速系统调整电机转速，达到节能目的。变速系统中电机转速变化的公式为：n=50f（1-S）/P，其中f为电源频率，P为电机极对的数量，S为滑差。
        2变频技术在现代煤矿机电工程中的应用实践
        2.1流体负荷变频节能技术
        煤矿生产中离不开风机水泵类设备，负载转矩和电机运行速度平方呈现出正比例关系，流体类负载需要输入较大的启动功率，方可以使风机水泵设备进入到正常工作状态，传统的流量控制通过对阀门进行控制，采用电机恒速驱动同样存在着电能浪费，也无法达到流体流量控制要求，生产效率不高。采用专用于风机水泵类负载的变频器，可以更好的实现对流体设备调速，配套控制功能可以根据生产需求进行启停和调整控制，驱动电机的运行速度可以合理的降低，驱动功率也会相应的减少，可以与矿井瓦斯进行安全闭锁，并具备过流和断电保护功能，可以更好地满足煤矿生产需求，可以起到很好的节能效果。变频节能技术的应用，使得煤矿风机水泵类设备控制更加灵活，避免由于对机械设备产生冲击。煤矿水泵的变频调速可以把矿井液位控制进行结合，根据液位情况来调速水泵运行速度，有效降低了水泵空转时间和高频次启停带来的电能消耗和冲击，在达到节能效果的同时，保证煤矿的安全生产。
        2.2输送系统中应用变频技术
        在采煤的过程中会涉及到很多的环节，如何确保采煤的效率一直是人们比较关心的一个问题。在众多环节中，运输是一个比较关键的环节，同时也是对采煤效率影响比较大的一个环节。以往，大都采用的是皮带机运输，该种运输方式具有较大的弊端，容易出现皮带磨损的情况。

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而变频技术的出现则能够有效避免这一情况的发生，它通过降低输送过程中所产生的电流频率产生的大幅波动来减少机电设备的机械冲击与设备的发热，能够在一定程度上保证输送系统的稳定性。与此同时，计算机技术与变频技术的结合使用也有助于设备自动化与智能化的实现。
        2.3变频控制技术在通风机中的应用
        随着开挖不断加深，风压井继续增加，风机要求的功率增加。然而，风机功率已成为矿山开发的一个重要问题。矿井通风设备采用变频调速后，可根据巷道的风量要求调整速度，避免功耗，具有非常明显的效果。通过改造逆变器，风机能够进行变频软启动，避免了启动电流造成的不良影响，并且不会影响到设备，也可以随意启动和停止。在大多数情况下，通风机运行速率比较小，所以减小了通风机工作量，延长其使用时间，降低不必要的检修。另外，为保证与电机运行速率一致，一般要确保2台电机频率的一致性，防止风阻，确保通风机安全运行。
        2.4在提升机中的应用
        在矿井的实际生产过程中，提升机的主要功能为材料以及人员的运输，在整个矿井的运输过程中占据极为重要的地位。在过去，提升的方式一般将电阻器接到转子电路中，随后通过控制器、接触器等将电阻器截流，进而达到调速的目的。这些过程中经常会出现一些不可避免的事故，如电阻消耗过度、散热达不到要求等。而电阻的调速范围相对也较低，最终导致设备整体操作精度较低。在提升机减速的情况下，应当保证系统中具有低频电源或直流电源，而这种电源切换很容易使设备损坏，同时浪费能量，导致矿井的安全系数显著降低，严重制约了矿井的经济发展。将变频技术应用于提升机中，可以从本质上避免上述问题，达到无极调速的目的，提高整体的工作性能。关于其优势主要体现在以下几个方面:(1)速度以及制动都是通过电气系统进行控制的，有效避免了设备的磨损，其寿命显著延长;(2)如果提升机是属于负力状态下的，可以通过回馈制动的方式使能量再次反馈给电网，能够节省能量，同时保证安全;(3)对于精度的控制来说，变频器的扩展性能更为优异，其内部程序能够及时对相关功能进行调整，不需要进行大规模的改进，便于柔性控制。
        2.5皮带设备中变频控制技术的应用
        矿井下皮带机的功率一般较大，它首先利用绕线电机经转子绕组降压启动后工频巡行，之后再在液力耦合器的作用下转换到皮带机上。皮带机作为矿山开采中的一个重要设备其工作原理是先使轮毂产生动力进行工作，之后再利用所产生的摩擦力带动皮带，从而保证皮带的稳定运行。在上述摩擦力的作用下，皮带借助本身所具有的张力实现在滚轴上的向前运行。一般来说，在进行生产作业时，皮带机启动会产生巨大的电流，为了避免这种现象，在实际工作中一般会采用对其中的转子串接电阻改善转矩和降低空载系统的压力等方法。上述措施虽然会起到一定的作用，但是减小皮带启动电流的效果并不明显，甚至有可能使电网电压不稳定，或者使电机内部发热严重，再加上皮带机本身的启动时间就比较短，在实际的工作过程中还有可能出现断裂、老化严重等现象，所以在进行矿山开采作业时一定要保证皮带机具有较高的韧性。除了皮带机本身会出现问题，液力耦合器在工作时也可能会出现内部油温过高，部件磨损严重等问题，这就在一定程度上提高了机械的维修成本，同时也加大了对周围环境的影响。上述的这些问题都给矿井的生产工作造成了严重阻碍，针对这种现象，将变频控制技术引入皮带机工作当中，可以实现皮带机的软起、软停，从而保证皮带机的稳定工作。
        结语
        综上所述，在当今时代，一个企业发展的重要因素取决于技术水平的高低，而对于每一个煤炭企业而言，合理应用变频技术，简化操作步骤，降低能耗，延长设备的使用寿命，具有相当重要的作用。
        参考文献
        [1]张伟.变频节能技术在矿山设备中的应用探讨[J].能源与节能，2018（01）：71-72.
        [2]王凤.变频技术在煤矿机电设备节能改造中的应用探究[J].科学技术创新，2017（23）：97-98.