淺談煤礦機電設備中變頻節能技術的應用

　　從整體上來看，我國的經濟發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快速發展的瓶頸問題。開源(開發新能源、增加能源供給量等)和節流(提高能源效率、節約能源等)是解決能源供給不足問題的兩種重要方法。變頻節能技術作為一種重要的“節流”方法受到我國政府以及各個生產領域的重視。我國的煤炭生產企業有著巨大節能潛力，應用變頻節能技術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能技術，隨后重點探討了中變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用。

　　《特種設備安全技術》雜志，原名《鍋爐壓力容器安全技術》;1979年創刊。它是行業領域內創刊時間最早、最專業的安全技術雜志。

　　變頻節能技術作為一種重要的“節流”方法受到我國政府以及各個生產領域的重視。以煤炭生產企業而言，礦井中全部生產系統所消耗的電力約占整個煤炭生產企業的80%至90%。就目前的生產實際來看，煤炭生產企業有著巨大的節能潛力，例如，在礦井沒有應用變頻節能技術之前，水泵、風機的平均運轉效率比較低，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能空間。正是因為變頻節能技術擁有著優秀的變頻調節功能和顯著的節能減排效果，因而在我國礦山中獲得了廣泛地應用。隨著技術的穩定性越來越好、成熟度越來越高，其應用范圍和領域也必將進一步擴大。

　　1.引言

　　變頻調速主要是利用電力半導體器件的通斷作用，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”。變頻調速就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的。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換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、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、中間直流環節、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(脈沖寬度調制)波形，中間直流環節為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。PWM控制技術一直是變頻技術的核心技術之一[1]。

　　從變頻技術誕生一直到今天，它取得很大的發展和進步。今天，控制理論的發展為變頻節能技術提供了理論支持，電力電子技術的進步則為變頻技能技術提供了技術支持，兩者的共同作用讓變頻節能技術取得了很大的發展和進步。具體來說，其發展和進步主要表現在以下幾個方面：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，生產實踐中也廣泛應用了轉矩直接控制模式與矢量控制模式，在控制理論的發展趨勢方面，人工神經網絡以及模糊自優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)的開發和應用必然會成為今后的發展趨勢。再次，在調速系統方面，該系統具有越來越高的集成程度，以單片機的應用為契機，DPS(數字信號處理器)、RISC(精簡指令集計算機)等獲得了廣泛地應用，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展趨勢，在完成基本的調速功能操作之外，還可以進行通信、可編程序以及參數辨識等應用功能的操作。

　　2.常規式變頻器在煤礦機電設備中的運用

　　普通變頻器在煤礦其他生產領域運用更加普遍，其功能除降耗節能之外，也注重向系統控制的靈活性、智能化、遠程控制、簡單易操作等方向發展。

　　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動模式所取代，在變頻器的選擇方面，選用采用模塊化設計技術的多功能變頻器[4]。該變頻器具有以下特點：擁有標準化的參數結構和標準化的調試軟件;擁有模擬量輸入/輸出功能、數字量輸入功能、繼電器輸出功能;通訊接口為系統集成，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?？傮w看來，變頻技能技術在我國的煤炭生產企業中擁有巨大的應用潛力，將其應用于各種機電設備當中，必然會獲得很好的節能效果。

　　3.交流四象限變頻器在煤礦機電設備中的運用

　　在煤炭生產過程中所需的各種采掘設備當中，需要面臨頻繁的調速、起停操作，尤其是輸送機、提升機以及電鏟等。頻繁的調速、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)構成的可控整流橋，當電機處于電動狀態時，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，當電機處于發電狀態時，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，達到將電機產生的電量回饋到電網的目的[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，能夠有效調節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速系統的變頻防爆提升機，其顯著特點就是，控制模式轉變為無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。利用陰象限變頻調速技術之后，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生的負力回饋到電剛中，減少發熱損耗，解決了機械系統及電氣系統的沖擊問題，延長了設備的使用壽命。電鏟(挖掘機)的工作條件惡劣，尤其是爆破不好時，挖根底作業更加困難，大沖擊載荷以及堵轉問題經常出現[6]，采用變頻技術也有效緩解了過大的沖擊載荷。

　　4.結束語

　　我國具有數量巨大的煤礦及其相關的機電設備，在煤炭生產企業當中應用變頻技術具有非常大的潛力和非常好的發展前景。倡導節能化發展的今天，利用變頻技術來實現煤炭生產企業的節能是今后煤炭企業必然會采取的節能舉措之一。

　　變頻節能技術擁有著優秀的變頻調節功能和顯著的節能減排效果，以上優點也增加了我國煤炭生產企業采用變頻節能技術的動力。展望未來，隨著變頻節能技術的穩定性越來越好、成熟度越來越高，其應用范圍和領域必將進一步擴大。

　　參考文獻：

　　[1]溫玉婷.變頻節能技術在煤礦的應用[J].電氣開關，2011，(02)：156-157.

　　[2]栗廣亮.PLC和高壓變頻器在礦井提升機中的應用[J].中國設備工程，2009，(03)：100-102.

　　[3]丁衛東.高壓變頻調速裝置在引風機上的應用和節能分析[A].節能環保和諧發展——2007中國科協年會論文集(一)[C]，2007：203-204.

　　[4]雷振廷.變頻節能技術在我國煤礦機電設備中的應用[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用[J].電氣傳動，2010，(06)：169-171.

　　[6]李君野.變頻調速技術在供水系統改造中的應用[J].能源與環境，2005，(04)：129-131.