淺談煤礦機電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

　　從整體上來看，我國的經(jīng)濟發(fā)展速度和能源供給的增長速度不是同步，前者要快于后者，因此能源供給問題就成為了制約我國持續(xù)快速發(fā)展的瓶頸問題。開源(開發(fā)新能源、增加能源供給量等)和節(jié)流(提高能源效率、節(jié)約能源等)是解決能源供給不足問題的兩種重要方法。變頻節(jié)能技術(shù)作為一種重要的“節(jié)流”方法受到我國政府以及各個生產(chǎn)領(lǐng)域的重視。我國的煤炭生產(chǎn)企業(yè)有著巨大節(jié)能潛力，應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)則能夠有效挖掘這種潛力。在本文中，筆者首先了分析了變頻節(jié)能技術(shù)，隨后重點探討了中變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用。

　　《特種設(shè)備安全技術(shù)》雜志，原名《鍋爐壓力容器安全技術(shù)》;1979年創(chuàng)刊。它是行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)創(chuàng)刊時間最早、最專業(yè)的安全技術(shù)雜志。

　　變頻節(jié)能技術(shù)作為一種重要的“節(jié)流”方法受到我國政府以及各個生產(chǎn)領(lǐng)域的重視。以煤炭生產(chǎn)企業(yè)而言，礦井中全部生產(chǎn)系統(tǒng)所消耗的電力約占整個煤炭生產(chǎn)企業(yè)的80%至90%。就目前的生產(chǎn)實際來看，煤炭生產(chǎn)企業(yè)有著巨大的節(jié)能潛力，例如，在礦井沒有應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)之前，水泵、風機的平均運轉(zhuǎn)效率比較低，一般均低于50%;再如，礦井中動力負荷變化大的機電設(shè)備(礦井提升機、采掘運輸機、空壓機等)在啟動、加減速、制動等方面有著巨大的節(jié)能空間。正是因為變頻節(jié)能技術(shù)擁有著優(yōu)秀的變頻調(diào)節(jié)功能和顯著的節(jié)能減排效果，因而在我國礦山中獲得了廣泛地應(yīng)用。隨著技術(shù)的穩(wěn)定性越來越好、成熟度越來越高，其應(yīng)用范圍和領(lǐng)域也必將進一步擴大。

　　1.引言

　　變頻調(diào)速主要是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用，把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電，一般把這種電能控制裝置稱為“變頻器”。變頻調(diào)速就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。變頻器主要采用“交→直→交”方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM(脈沖寬度調(diào)制)波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。PWM控制技術(shù)一直是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一[1]。

　　從變頻技術(shù)誕生一直到今天，它取得很大的發(fā)展和進步。今天，控制理論的發(fā)展為變頻節(jié)能技術(shù)提供了理論支持，電力電子技術(shù)的進步則為變頻技能技術(shù)提供了技術(shù)支持，兩者的共同作用讓變頻節(jié)能技術(shù)取得了很大的發(fā)展和進步。具體來說，其發(fā)展和進步主要表現(xiàn)在以下幾個方面：首先，在在控制理論方面，大幅度改進了頻比(U1/f)控制模式[2]，同時，生產(chǎn)實踐中也廣泛應(yīng)用了轉(zhuǎn)矩直接控制模式與矢量控制模式，在控制理論的發(fā)展趨勢方面，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及模糊自優(yōu)化控制會是今后的研究重點。其次，在功率器件方面，GTR和IGBT將會是目前的主流，IPM(智能功率模塊)的開發(fā)和應(yīng)用必然會成為今后的發(fā)展趨勢。再次，在調(diào)速系統(tǒng)方面，該系統(tǒng)具有越來越高的集成程度，以單片機的應(yīng)用為契機，DPS(數(shù)字信號處理器)、RISC(精簡指令集計算機)等獲得了廣泛地應(yīng)用，目前最新的研究成果是ASIC(高級專用集成電路)[3]。最后，在功能方面。高度的綜合化和操作的智能化是變頻器的發(fā)展趨勢，在完成基本的調(diào)速功能操作之外，還可以進行通信、可編程序以及參數(shù)辨識等應(yīng)用功能的操作。

　　2.常規(guī)式變頻器在煤礦機電設(shè)備中的運用

　　普通變頻器在煤礦其他生產(chǎn)領(lǐng)域運用更加普遍，其功能除降耗節(jié)能之外，也注重向系統(tǒng)控制的靈活性、智能化、遠程控制、簡單易操作等方向發(fā)展。

　　例如，我國某煤礦改造和升級了洗煤廠的給煤機，以往的手動閘門控制模式被目前流行的變頻驅(qū)動模式所取代，在變頻器的選擇方面，選用采用模塊化設(shè)計技術(shù)的多功能變頻器[4]。該變頻器具有以下特點：擁有標準化的參數(shù)結(jié)構(gòu)和標準化的調(diào)試軟件;擁有模擬量輸入/輸出功能、數(shù)字量輸入功能、繼電器輸出功能;通訊接口為系統(tǒng)集成，不僅安全便捷，而且操作、控制等也非常靈活，同時也具有良好的用戶界面。總體看來，變頻技能技術(shù)在我國的煤炭生產(chǎn)企業(yè)中擁有巨大的應(yīng)用潛力，將其應(yīng)用于各種機電設(shè)備當中，必然會獲得很好的節(jié)能效果。

　　3.交流四象限變頻器在煤礦機電設(shè)備中的運用

　　在煤炭生產(chǎn)過程中所需的各種采掘設(shè)備當中，需要面臨頻繁的調(diào)速、起停操作，尤其是輸送機、提升機以及電鏟等。頻繁的調(diào)速、起停操作需要變頻器可以進行四象限工作。四象限變頻器的主要工作原理是：變頻器把整流電路由原來的全波整流橋改為由IPM(智能功率模塊)構(gòu)成的可控整流橋，當電機處于電動狀態(tài)時，四象限變頻器的控制與兩象限變頻器的工作是完全一樣的，當電機處于發(fā)電狀態(tài)時，四象限變頻器中原來的逆變電路將作為整流電路工作，而原來的整流電路則作為逆變電路工作，達到將電機產(chǎn)生的電量回饋到電網(wǎng)的目的[5]。

　　例如，某煤礦的電牽引采煤機采用了回饋制動四象限變頻器，綜合生產(chǎn)實際來看，采用了回饋制動四象限變頻器的電牽引采煤機，能夠有效調(diào)節(jié)工作面較大制動力矩，同時，牽引速度幾乎不受影響，機器也未產(chǎn)生下滑跑車問題。

　　交流四象限變頻器在提升機中的運用方面。采用交流四象限變頻調(diào)速系統(tǒng)的變頻防爆提升機，其顯著特點就是，控制模式轉(zhuǎn)變?yōu)闊o速度傳感器矢量控制模式，四象限運行，同時具有全面的保護措施，例如過流保護、過壓保護、欠壓保護以及電機缺相保護等。

　　交流四象限變頻器在膠帶輸送機以及電鏟中的運用方面。利用陰象限變頻調(diào)速技術(shù)之后，有效解決了采用液力耦合器裝置時下行運輸皮帶機在啟動、運行、制動中形成的電機失控。變頻器隨時將電機產(chǎn)生的負力回饋到電剛中，減少發(fā)熱損耗，解決了機械系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)的沖擊問題，延長了設(shè)備的使用壽命。電鏟(挖掘機)的工作條件惡劣，尤其是爆破不好時，挖根底作業(yè)更加困難，大沖擊載荷以及堵轉(zhuǎn)問題經(jīng)常出現(xiàn)[6]，采用變頻技術(shù)也有效緩解了過大的沖擊載荷。

　　4.結(jié)束語

　　我國具有數(shù)量巨大的煤礦及其相關(guān)的機電設(shè)備，在煤炭生產(chǎn)企業(yè)當中應(yīng)用變頻技術(shù)具有非常大的潛力和非常好的發(fā)展前景。倡導(dǎo)節(jié)能化發(fā)展的今天，利用變頻技術(shù)來實現(xiàn)煤炭生產(chǎn)企業(yè)的節(jié)能是今后煤炭企業(yè)必然會采取的節(jié)能舉措之一。

　　變頻節(jié)能技術(shù)擁有著優(yōu)秀的變頻調(diào)節(jié)功能和顯著的節(jié)能減排效果，以上優(yōu)點也增加了我國煤炭生產(chǎn)企業(yè)采用變頻節(jié)能技術(shù)的動力。展望未來，隨著變頻節(jié)能技術(shù)的穩(wěn)定性越來越好、成熟度越來越高，其應(yīng)用范圍和領(lǐng)域必將進一步擴大。

　　參考文獻：

　　[1]溫玉婷.變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦的應(yīng)用[J].電氣開關(guān)，2011，(02)：156-157.

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　　[3]丁衛(wèi)東.高壓變頻調(diào)速裝置在引風機上的應(yīng)用和節(jié)能分析[A].節(jié)能環(huán)保和諧發(fā)展——2007中國科協(xié)年會論文集(一)[C]，2007：203-204.

　　[4]雷振廷.變頻節(jié)能技術(shù)在我國煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用[J].科技資訊，2008，(34):133-134.

　　[5]吳靜，陳國杰，胡潔微.丹佛斯變頻器FC301P200在礦井提升機上的應(yīng)用[J].電氣傳動，2010，(06)：169-171.

　　[6]李君野.變頻調(diào)速技術(shù)在供水系統(tǒng)改造中的應(yīng)用[J].能源與環(huán)境，2005，(04)：129-131.