淺談煤礦機電設備及變頻技術的應用

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摘要：煤礦生產的機械化使得生產的效率和安全性大幅度提高，但傳統的煤礦機電設備在運行時還存在著各種問題，嚴重制約了煤礦生產效率的進一步提高。因此，有必要從根本上解決這些機電設備運行中的問題，從而實現生產的高產高效。分析了煤礦機電設備運行過程中存在的問題，并將變頻技術引入機電設備控制中來解決這些問題，可以為煤礦生產的現代化提供一定的參考。

關鍵詞：煤礦；機電設備；電壓波動；變頻技術

中國煤礦目前已經全部實現了機械化開采，生產效率和安全性大幅度提高。在煤礦機械化開采過程中，機電設備發揮了關鍵作用，但是傳統的機電設備在運行時還存在一些問題，嚴重制約了中國煤炭行業的繼續發展。因此，有必要解決這些機電設備運行過程中存在的問題，從而實現煤礦開采的高產高效[1-2]。設備在運行過程中出現的問題主要體現在能耗、故障率及安全性方面，而解決這些問題的關鍵就是要采用變頻技術。運用變頻技術，可以對機電設備的運行狀態實現監控，改善機電設備的運行狀態，從而提高設備的安全性。本文分析了傳統的機電設備在運行過程中存在的問題，并分析了變頻技術在改善機電設備運行狀態方面的應用。下面將圍繞這兩個方面展開論述。

1機電設備運行過程中存在的問題

1.1設備運行受電網電壓波動影響較大。煤礦的機電設備多為工頻交流電設備，在電網電壓比較穩定時，設備運行比較平穩。但是煤礦一些機電設備在運行時會產生諧波，這些諧波注入到電網中會引發電壓的波動。這些波動會影響機電設備的電磁場，使得設備運行時出現一些異常情況。另外，一些機電設備會出現震動加劇的現象，輕則會引起機電設備發熱嚴重，影響設備的性能，嚴重時可導致設備的軸承斷裂。雖然電網諧波在短期內不會對機電設備產生影響，但是從長期來看會縮短機電設備的壽命，會對煤礦的經濟效益產生很大的影響。1.2設備的能耗較高。隨著煤礦生產的現代化，對一些機電設備的技能指標要求越來越高。傳統機電設備的能耗非常高，主要是由于機電設備不能根據運行狀態實時調整輸出功率，總是以額定功率輸出，很多電能被浪費。例如：皮帶輸送機在運行時，每個時間段內的運輸量是不同的，若以恒定的功率運行，則在輕載時很多電能會被白白浪費[3]。雖然也有一些方法可以用來調節機電設備的輸出功率，但是這些方法并沒有降低電能的消耗，只是將多余的功率消耗在其他調節設備上。1.3設備的啟停沖擊大。在煤礦生產過程中，有很多設備需要頻繁地啟停，例如礦井提升機、皮帶輸送機等。傳統的機電設備啟動方法在控制設備啟停時，不能有效地控制設備的電流或電壓，使得機電設備容易受到很大的沖擊。機電設備在受到沖擊負載的作用下，很容易發生一些難以控制的事故，例如提升機在停止時可能會導致鋼繩斷裂，皮帶輸送機在啟動時功率突然增加會引發斷帶問題。造成這種現象的原因是在啟動設備時電流急劇變化，設備突然承受一個很大的沖擊載荷。

2變頻技術在煤礦機電設備中的應用分析

通過上述分析可以發現，造成機電設備在運行中存在一些問題的主要原因是電流或電壓不能滿足設備高性能運行的要求。針對這些問題，引入變頻技術來對機電設備進行改造就可以解決。變頻技術的主要原理是通過整流和逆變技術來改變工頻交流電的頻率，如圖1所示。在工頻交流電的頻率改變后，就可以實現對機電設備功率的線性控制，從而實現節能。此外，在變頻過程中由于應用了整流和逆變技術，可以很好地濾除電網中的諧波，使設備的輸入電壓更合理。下面將分析變頻技術在煤礦生產中一些重要機電設備中的應用，主要為礦井提升機、礦井通風機和皮帶輸送機。2.1礦井提升機中變頻技術的應用。礦井提升機是煤礦生產中一種重要的設備，其主要負責人員、材料以及煤炭的運輸，在運行過程中需要頻繁地啟停和調速。在過去，提升機調速主要是靠切換相應的擋位來完成的，這些擋位與提升機轉子上串的電阻連接，主要通過調節電路中的電阻來實現調速。這種方式雖然操作簡單，但是會浪費許多電能在電阻上，而且電阻由于長期發熱嚴重很容易出現損壞，因此這種調速方式十分不經濟。此外，由于不能實現對提升機的無極調速，導致設備啟停時產生較大的晃動，對提升機的運行十分不利。鑒于這些問題，煤礦多對提升機進行變頻技術改造，如圖2所示。在進行變頻技術改造后，提升機能實現無極調速，避免了大量的電能浪費在電阻上。由于實現了無極調速，設備的運行更加平穩，使得設備可靠性得到明顯的提升。最重要的是，變頻技術不采用機械開關來調速，極大地避免了因設備損壞而引發安全事故[4]。2.2礦井通風機中變頻技術的應用。礦井通風機是通風系統中風力循環的主要動力來源，保證其安全運行對于礦井的安全生產具有十分重要的意義。在礦井提升機運行過程中，若電網的電壓波動較大，很容易造成通風機在運行過程中風扇葉片晃動，長時間運行會出現通風安全事故。此外，在通風機運行過程中需要對工況點進行調節，否則會使通風機的耗能增加。傳統的通風機工況點調節是通過調節通風機葉片的安裝角來實現的，調節時十分不方便，需要耗費大量的時間。在一些特殊情況下，通風機需要停止時不能對其風速進行控制，導致產生較大的沖擊電流注入到電網中，對其他設備產生了較大的沖擊。在對通風機進行變頻技術改造后，通過改變電壓的頻率就可以對通風機的工況點進行調節，提高了通風機運行的平穩性，降低了電網電壓波動對通風機運行的影響。與此同時，由于通風機運行的平穩性更高，極大地延長了通風機的使用壽命，降低了通風機的運行維護成本，提高了煤礦的經濟效益。2.3皮帶輸送機中變頻技術的應用。皮帶輸送機是煤礦井下重要的運輸設備，在運行時通過皮帶的摩擦力將煤炭運輸到井上地面，運輸的持續性非常強。在過去，皮帶輸送機的調速是通過輸送機上的液力耦合器來實現的，這種調速方式雖然能實現皮帶的調速功能，但是對皮帶的沖擊較大，容易造成皮帶斷裂，存在較大的安全隱患。雖然采用了單片機控制器來控制主動輪的轉動，但是在開機時會產生較大的沖擊電流，這會造成啟動時電機發熱嚴重，皮帶會承受較大的拉力，不利于皮帶輸送機的正常運行。在進行變頻技術改造后，可以在啟動時以一個較低的頻率來控制皮帶輸送機，一方面可以保證皮帶輸送機啟動時所需要的轉矩，另一方面可以避免啟動時產生較大的沖擊電流。

3結語

在煤礦機械化開采過程中，機電設備發揮了關鍵作用，但是傳統的機電設備在運行時還存在一些問題，嚴重制約了中國煤炭行業的繼續發展。傳統的機電設備在運行中存在的主要問題為受電網電壓波動影響較大、能耗較高以及啟停沖擊大等。為了解決傳統機電設備運行中存在的問題，可以采用變頻技術控制。分析了變頻技術在礦井提升機、礦井通風機和皮帶輸送機中的應用，可以為煤礦機電設備的高效運行提供一定的參考。

參考文獻：

［1］楊飛.煤礦機電設備存在的問題及變頻控制技術的應用［J］.建材與裝飾，2019(32)：233-234.

［2］米小寶.煤礦機電變頻控制技術與節能方法探討［J］.石化技術，2019，26(9)：173.

［3］何曉龍.變頻控制技術在煤礦機電設備中的應用［J］.農家參謀，2019(13)：201.

［4］趙純寶.煤礦機電設備存在的問題及變頻控制技術的應用［J］.科技創新與應用，2018(19)：165-166.

作者:戴晶晶 單位:同煤集團機電裝備有限責任公司