變頻節(jié)能技術(shù)煤礦機(jī)電論文
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1.1變頻節(jié)能技術(shù)
簡單來說，變頻節(jié)能技術(shù)是指一種利用科技手段及設(shè)備實(shí)現(xiàn)電流頻率改變的技術(shù)。其中，負(fù)責(zé)控制電頻頻率的設(shè)備叫做變頻器，變頻器的構(gòu)成比較復(fù)雜，主要由電源板、電極電容、控制面板及鍵盤等部件組成，通過這些部件的有效結(jié)合，能夠使電動機(jī)在最節(jié)能的狀態(tài)下運(yùn)行。傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備中的電流頻率是不可改變的，在設(shè)備運(yùn)行過程中，其轉(zhuǎn)數(shù)也不能改變和控制，這就導(dǎo)致其設(shè)備長期處于恒定運(yùn)行狀態(tài)，這樣不能因地制宜地改變轉(zhuǎn)速，不但使設(shè)備的使用壽命大大縮短，而且還會造成大量的能源消耗。隨著變頻節(jié)能技術(shù)的出現(xiàn)，機(jī)電設(shè)備的這一缺陷得到了很大改善。將變頻節(jié)能技術(shù)運(yùn)用到機(jī)電設(shè)備中，不但能夠改變機(jī)電設(shè)備的靈活性，還可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)節(jié)約能源，這樣就能夠大大增加設(shè)備的使用年限和減少能源消耗。
1.2變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理
變頻器的工作原理可以簡單概括為“交—直—交”工作方式，變頻器是通過整流器將工頻交流電源轉(zhuǎn)化成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)化成頻率和電壓可以控制的交流電，最后再供給電動機(jī)。變頻器的工作電路主要由以下四部分組成：整流部分、直流環(huán)節(jié)部分、逆變部分、控制部分。其中整流部分主要應(yīng)用的是三相橋式不可控整流器；直流環(huán)節(jié)部分主要是用來濾波，直流儲能和緩沖無功功率的；逆變部分主要采用的是IGBT三相橋式逆變器，它輸出的為脈沖寬度可以調(diào)制的波形（PWM），它在整個變頻器中起到了至關(guān)重要的作用，也是變頻器的核心技術(shù)。變頻節(jié)能技術(shù)實(shí)際上是通過變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)能效果的。
2變頻節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢
變頻節(jié)能技術(shù)是隨著當(dāng)今時代信息技術(shù)的迅速發(fā)展及節(jié)能理念的不斷推廣，才逐漸被應(yīng)用于各類煤礦機(jī)電設(shè)備當(dāng)中的，例如采煤機(jī)、礦井提升機(jī)、皮帶輸送機(jī)及流體負(fù)荷設(shè)備等，都在運(yùn)用變頻節(jié)能技術(shù)。經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的煤礦機(jī)電設(shè)備相比，應(yīng)用了變頻節(jié)能技術(shù)的機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率得到了大大提高、能源消耗量大大減少，且維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用也大大降低，總體來看，其使得煤礦產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到了顯著提升。由此可以證明，變頻節(jié)能技術(shù)確實(shí)能夠有效改善傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的一些性能。變頻節(jié)能技術(shù)將傳統(tǒng)煤礦機(jī)電設(shè)備中的交流電的固定頻率轉(zhuǎn)化成為了一種變動資源，其具有以下四點(diǎn)優(yōu)勢：首先，變頻節(jié)能技術(shù)的功率器件是使用的智能功率模塊IPM，這種功率模塊是在GTRIGBT的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它能夠?qū)崿F(xiàn)對功率的變頻；其次，變頻節(jié)能技術(shù)改進(jìn)了壓頻比的控制方式，使其控制理論得到了進(jìn)一步革新，也即是采用直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制的方式來擴(kuò)展了自身技術(shù)的應(yīng)用范圍；再次，變頻節(jié)能技術(shù)采用了創(chuàng)新的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊自優(yōu)化控制技術(shù)，從而更加集中了自身的集成系統(tǒng)，并將原來單一的數(shù)字信息處理技術(shù)發(fā)展成為了先進(jìn)的專用集成電路；最后，變頻節(jié)能技術(shù)的綜合應(yīng)用范圍也正在越擴(kuò)越大，如今的變頻節(jié)能技術(shù)不僅擁有基本的調(diào)速功能，更具備通信、編程序參數(shù)辨識等功能。
3煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用
從變頻節(jié)能技術(shù)的出現(xiàn)到如今的迅速發(fā)展，其在節(jié)能和安全等方面的優(yōu)勢越來越顯著。目前，變頻節(jié)能技術(shù)已經(jīng)在我國煤礦機(jī)電設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用，以下筆者就來詳細(xì)介紹變頻節(jié)能技術(shù)在采煤機(jī)、礦井提升機(jī)、皮帶輸送機(jī)及流體負(fù)荷設(shè)備等主要煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用。
3.1變頻節(jié)能技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用
礦井提升機(jī)在煤礦生產(chǎn)中的條件比較復(fù)雜，大多數(shù)礦井提升機(jī)都是在非常惡劣和繁重的環(huán)境下運(yùn)作的，因此這就對其性能和質(zhì)量提出了較高的要求。在煤礦生產(chǎn)過程中，礦井提升機(jī)往往需要反復(fù)啟動與操作，其中調(diào)速任務(wù)有很多，并且比較容易引發(fā)設(shè)備故障，從而對煤礦的正常生產(chǎn)產(chǎn)生較大的不利影響。而隨著變頻節(jié)能技術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用于礦井提升機(jī)中，其在進(jìn)一步提升礦井提升機(jī)工作效益的同時，還對其起到了一定的保護(hù)作用。利用了變頻節(jié)能技術(shù)的礦井提升機(jī)，能夠在內(nèi)部軟件的輔助下更高質(zhì)量和更快速度地完成工作任務(wù)，并且其運(yùn)行能耗也比原來大大減少，尤其節(jié)約了大量的電能。目前，科研人員又研究出了一種專門用于礦井提升機(jī)的風(fēng)光提升機(jī)變頻器，其具有很高的兼容性，能夠強(qiáng)化礦井提升機(jī)的性能。如圖1所示，就是利用變頻節(jié)能技術(shù)的礦井提升機(jī)的系統(tǒng)，變頻裝置替換掉復(fù)雜的串聯(lián)電阻切換裝置，并完成提升機(jī)運(yùn)行速度曲線、轉(zhuǎn)矩大小的要求，極大地使控制操作流程得到簡化，提高控制精度。
3.2變頻節(jié)能技術(shù)在皮帶輸送機(jī)中的應(yīng)用
由于皮帶輸送機(jī)具有功率大、電壓高等特點(diǎn)，因此其在煤礦生產(chǎn)中具有很重要的作用，甚至可以說是整個煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的咽喉。所以，皮帶輸送機(jī)的性能和質(zhì)量必須要達(dá)到要求，要能夠保障煤礦生產(chǎn)的正常進(jìn)行。通常情況下，皮帶輸送機(jī)在輕載或空載的情況下仍然是處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的，這無疑大大損耗了不必要的電能，造成了極大的能源浪費(fèi)；另外，一些皮帶輸送機(jī)所使用的軟啟動裝置是液力耦合器，其非常容易發(fā)生電機(jī)失控，從而造成設(shè)備損壞。變頻節(jié)能技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了這一問題，其能夠有效保護(hù)皮帶輸送機(jī)不被損壞，大大減少了電機(jī)失控情況的發(fā)生，并且還能夠提高輸送機(jī)的工作效率，使其更加節(jié)能高效。以爬坡皮帶輸送機(jī)為例，采用GI800變頻器控制，由一臺交流異步電機(jī)驅(qū)動，其變頻器通過外部電位器設(shè)定值與皮帶電子稱實(shí)時測量信號相加，作為初級給定信號，并通過濾波、PID、限幅等處理后作為實(shí)際頻率控制給定值信號，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)皮帶走速控制和調(diào)節(jié)，達(dá)到根據(jù)輸送機(jī)皮帶上實(shí)際料量大小自動調(diào)節(jié)控制的目的。
4結(jié)語
綜上所述，將變頻節(jié)能技術(shù)運(yùn)用到煤礦機(jī)電設(shè)備中，能夠大大節(jié)約煤礦生產(chǎn)的能耗，進(jìn)而增加煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，因此在我國的煤礦生產(chǎn)中，應(yīng)當(dāng)更加廣泛地應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)。
作者：王李鵬 單位：河南焦煤能源有限公司古漢山礦
