浅谈煤矿机电设备及变频技术的应用

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摘要：煤矿生产的机械化使得生产的效率和安全性大幅度提高，但传统的煤矿机电设备在运行时还存在着各种问题，严重制约了煤矿生产效率的进一步提高。因此，有必要从根本上解决这些机电设备运行中的问题，从而实现生产的高产高效。分析了煤矿机电设备运行过程中存在的问题，并将变频技术引入机电设备控制中来解决这些问题，可以为煤矿生产的现代化提供一定的参考。

关键词：煤矿；机电设备；电压波动；变频技术

中国煤矿目前已经全部实现了机械化开采，生产效率和安全性大幅度提高。在煤矿机械化开采过程中，机电设备发挥了关键作用，但是传统的机电设备在运行时还存在一些问题，严重制约了中国煤炭行业的继续发展。因此，有必要解决这些机电设备运行过程中存在的问题，从而实现煤矿开采的高产高效[1-2]。设备在运行过程中出现的问题主要体现在能耗、故障率及安全性方面，而解决这些问题的关键就是要采用变频技术。运用变频技术，可以对机电设备的运行状态实现监控，改善机电设备的运行状态，从而提高设备的安全性。本文分析了传统的机电设备在运行过程中存在的问题，并分析了变频技术在改善机电设备运行状态方面的应用。下面将围绕这两个方面展开论述。

1机电设备运行过程中存在的问题

1.1设备运行受电网电压波动影响较大。煤矿的机电设备多为工频交流电设备，在电网电压比较稳定时，设备运行比较平稳。但是煤矿一些机电设备在运行时会产生谐波，这些谐波注入到电网中会引发电压的波动。这些波动会影响机电设备的电磁场，使得设备运行时出现一些异常情况。另外，一些机电设备会出现震动加剧的现象，轻则会引起机电设备发热严重，影响设备的性能，严重时可导致设备的轴承断裂。虽然电网谐波在短期内不会对机电设备产生影响，但是从长期来看会缩短机电设备的寿命，会对煤矿的经济效益产生很大的影响。1.2设备的能耗较高。随着煤矿生产的现代化，对一些机电设备的技能指标要求越来越高。传统机电设备的能耗非常高，主要是由于机电设备不能根据运行状态实时调整输出功率，总是以额定功率输出，很多电能被浪费。例如：皮带输送机在运行时，每个时间段内的运输量是不同的，若以恒定的功率运行，则在轻载时很多电能会被白白浪费[3]。虽然也有一些方法可以用来调节机电设备的输出功率，但是这些方法并没有降低电能的消耗，只是将多余的功率消耗在其他调节设备上。1.3设备的启停冲击大。在煤矿生产过程中，有很多设备需要频繁地启停，例如矿井提升机、皮带输送机等。传统的机电设备启动方法在控制设备启停时，不能有效地控制设备的电流或电压，使得机电设备容易受到很大的冲击。机电设备在受到冲击负载的作用下，很容易发生一些难以控制的事故，例如提升机在停止时可能会导致钢绳断裂，皮带输送机在启动时功率突然增加会引发断带问题。造成这种现象的原因是在启动设备时电流急剧变化，设备突然承受一个很大的冲击载荷。

2变频技术在煤矿机电设备中的应用分析

通过上述分析可以发现，造成机电设备在运行中存在一些问题的主要原因是电流或电压不能满足设备高性能运行的要求。针对这些问题，引入变频技术来对机电设备进行改造就可以解决。变频技术的主要原理是通过整流和逆变技术来改变工频交流电的频率，如图1所示。在工频交流电的频率改变后，就可以实现对机电设备功率的线性控制，从而实现节能。此外，在变频过程中由于应用了整流和逆变技术，可以很好地滤除电网中的谐波，使设备的输入电压更合理。下面将分析变频技术在煤矿生产中一些重要机电设备中的应用，主要为矿井提升机、矿井通风机和皮带输送机。2.1矿井提升机中变频技术的应用。矿井提升机是煤矿生产中一种重要的设备，其主要负责人员、材料以及煤炭的运输，在运行过程中需要频繁地启停和调速。在过去，提升机调速主要是靠切换相应的挡位来完成的，这些挡位与提升机转子上串的电阻连接，主要通过调节电路中的电阻来实现调速。这种方式虽然操作简单，但是会浪费许多电能在电阻上，而且电阻由于长期发热严重很容易出现损坏，因此这种调速方式十分不经济。此外，由于不能实现对提升机的无极调速，导致设备启停时产生较大的晃动，对提升机的运行十分不利。鉴于这些问题，煤矿多对提升机进行变频技术改造，如图2所示。在进行变频技术改造后，提升机能实现无极调速，避免了大量的电能浪费在电阻上。由于实现了无极调速，设备的运行更加平稳，使得设备可靠性得到明显的提升。最重要的是，变频技术不采用机械开关来调速，极大地避免了因设备损坏而引发安全事故[4]。2.2矿井通风机中变频技术的应用。矿井通风机是通风系统中风力循环的主要动力来源，保证其安全运行对于矿井的安全生产具有十分重要的意义。在矿井提升机运行过程中，若电网的电压波动较大，很容易造成通风机在运行过程中风扇叶片晃动，长时间运行会出现通风安全事故。此外，在通风机运行过程中需要对工况点进行调节，否则会使通风机的耗能增加。传统的通风机工况点调节是通过调节通风机叶片的安装角来实现的，调节时十分不方便，需要耗费大量的时间。在一些特殊情况下，通风机需要停止时不能对其风速进行控制，导致产生较大的冲击电流注入到电网中，对其他设备产生了较大的冲击。在对通风机进行变频技术改造后，通过改变电压的频率就可以对通风机的工况点进行调节，提高了通风机运行的平稳性，降低了电网电压波动对通风机运行的影响。与此同时，由于通风机运行的平稳性更高，极大地延长了通风机的使用寿命，降低了通风机的运行维护成本，提高了煤矿的经济效益。2.3皮带输送机中变频技术的应用。皮带输送机是煤矿井下重要的运输设备，在运行时通过皮带的摩擦力将煤炭运输到井上地面，运输的持续性非常强。在过去，皮带输送机的调速是通过输送机上的液力耦合器来实现的，这种调速方式虽然能实现皮带的调速功能，但是对皮带的冲击较大，容易造成皮带断裂，存在较大的安全隐患。虽然采用了单片机控制器来控制主动轮的转动，但是在开机时会产生较大的冲击电流，这会造成启动时电机发热严重，皮带会承受较大的拉力，不利于皮带输送机的正常运行。在进行变频技术改造后，可以在启动时以一个较低的频率来控制皮带输送机，一方面可以保证皮带输送机启动时所需要的转矩，另一方面可以避免启动时产生较大的冲击电流。

3结语

在煤矿机械化开采过程中，机电设备发挥了关键作用，但是传统的机电设备在运行时还存在一些问题，严重制约了中国煤炭行业的继续发展。传统的机电设备在运行中存在的主要问题为受电网电压波动影响较大、能耗较高以及启停冲击大等。为了解决传统机电设备运行中存在的问题，可以采用变频技术控制。分析了变频技术在矿井提升机、矿井通风机和皮带输送机中的应用，可以为煤矿机电设备的高效运行提供一定的参考。

参考文献：

［1］杨飞.煤矿机电设备存在的问题及变频控制技术的应用［J］.建材与装饰，2019(32)：233-234.

［2］米小宝.煤矿机电变频控制技术与节能方法探讨［J］.石化技术，2019，26(9)：173.

［3］何晓龙.变频控制技术在煤矿机电设备中的应用［J］.农家参谋，2019(13)：201.

［4］赵纯宝.煤矿机电设备存在的问题及变频控制技术的应用［J］.科技创新与应用，2018(19)：165-166.

作者:戴晶晶 单位:同煤集团机电装备有限责任公司