摘要：煤炭行業(yè)正在快速向生產(chǎn)高效化、設(shè)備自動(dòng)化、環(huán)保綠色化發(fā)展，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用必不可少，而提升機(jī)、采煤機(jī)、膠帶輸送機(jī)等作為煤礦原煤生產(chǎn)主要設(shè)備，正向大功率、高電壓、大產(chǎn)能發(fā)展，但煤礦生產(chǎn)受地質(zhì)影響，采出和運(yùn)輸不均勻性，直接影響機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)高效運(yùn)行，不均衡的負(fù)載波動(dòng)使設(shè)備電動(dòng)機(jī)的有功功率成不規(guī)則波形曲線變化，而目前我國煤礦部分機(jī)電設(shè)備仍采用軟啟恒速或直接啟動(dòng)方式運(yùn)行，這樣即使輕載或空載運(yùn)行，設(shè)備都以額定功率輸出，無功功率高，電機(jī)運(yùn)行效率低，電能浪費(fèi)大，生產(chǎn)成本顯著增加。因此，變頻設(shè)備在煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用成為了解決該問題的主流課題。

　　關(guān)鍵詞：變頻設(shè)備;煤礦機(jī)電運(yùn)輸;應(yīng)用;研究

　　引言

　　在國家和煤炭行業(yè)注重節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益的背景下，機(jī)電設(shè)備的發(fā)展不僅要提升煤炭的生產(chǎn)質(zhì)量，更要保障煤礦生產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)效益，目前，我國煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)正在逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，但其中也存在一些問題，如集成化程度低，系統(tǒng)不能根據(jù)負(fù)載情況及時(shí)調(diào)節(jié)輸出等，因此，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用及研究對(duì)煤礦企業(yè)提質(zhì)增效、節(jié)能環(huán)保具有長遠(yuǎn)的影響，變頻設(shè)備在煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用，為煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)、提質(zhì)增效、節(jié)能環(huán)保提供了有力的技術(shù)保障。

　　1.變頻節(jié)能技術(shù)基本原理

　　變頻器電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制系統(tǒng)4部分組成。變頻節(jié)能技術(shù)基本原理是利用半導(dǎo)體元器件將工頻交流電源通過整流轉(zhuǎn)換成為直流電源，再利用逆變器把直流電源轉(zhuǎn)換成為頻率、電壓均可控制的交流電源，供給電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的時(shí)時(shí)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)節(jié)。

　　2.在煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中應(yīng)用變頻設(shè)備的主要原因

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)等方面的不斷進(jìn)步，有效的帶動(dòng)了我國煤礦企業(yè)向自動(dòng)化、高效化、節(jié)能化發(fā)展，煤礦企業(yè)要保持穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢(shì)，就必須做到與時(shí)俱進(jìn)、自我革新、淘汰傳統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)營方式及設(shè)備，特別是耗能高、產(chǎn)能低、自動(dòng)化水平低的生產(chǎn)設(shè)備。防爆變頻設(shè)備的出現(xiàn)，一方面符合當(dāng)前社會(huì)倡導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求，另一方面也是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要保證，最關(guān)鍵的是變頻設(shè)備的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)多電機(jī)，多系統(tǒng)聯(lián)鎖控制，保證了電氣設(shè)備始終具備充足的動(dòng)力又不出現(xiàn)能源浪費(fèi)，解決了設(shè)備耗能高、產(chǎn)能低、自動(dòng)化水平低的問題

　　3.變頻設(shè)備在煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)上的應(yīng)用

　　3.1變頻設(shè)備在煤礦提升機(jī)中的應(yīng)用

　　傳統(tǒng)提升機(jī)調(diào)速主要通過降電阻接入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路實(shí)現(xiàn)，但現(xiàn)實(shí)運(yùn)用中安全隱患多、耗能高，調(diào)速控制精度低。隨著科學(xué)技術(shù)和裝備制造業(yè)的發(fā)展，近年來提升機(jī)配套變頻設(shè)備廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化礦井。麥垛山煤礦副立井提升系統(tǒng)使用洛陽中重自動(dòng)化工程有限責(zé)任公司生產(chǎn)的JKMD-5.5×4(Ⅲ)型多繩摩擦式提升機(jī)，電控系統(tǒng)配套西門子SM150型交直交變頻器，直聯(lián)TDBS2500-24型(額定電壓3150V)低速交流同步電動(dòng)機(jī)單機(jī)拖動(dòng)，主控系統(tǒng)使用西門子Simatic S7-400 PLC+FM458模塊組成。

　　頻器采用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)和優(yōu)化脈沖電路，實(shí)現(xiàn)IGCT以較低的頻率獲得驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)極高品質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，保證了在整個(gè)提升過程中提升機(jī)的速度精確控制和平穩(wěn)運(yùn)行，速度實(shí)際曲線平滑變化，實(shí)現(xiàn)加/減速度的平滑變化，對(duì)鋼絲繩和其他機(jī)械設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生不必要的負(fù)載疊加。同時(shí)可利用正反饋和四象限工作，當(dāng)提升機(jī)處于下放狀態(tài)時(shí)，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能回饋給電網(wǎng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

　　提升機(jī)主控系統(tǒng)的邏輯連鎖控制和保護(hù)控制由S7-400PLC實(shí)現(xiàn)，工藝控制由FM458控制器實(shí)現(xiàn)，協(xié)調(diào)管理提升機(jī)的操作和報(bào)警任務(wù)，通過檢測提升容器在井筒中的準(zhǔn)確位置、井筒開關(guān)信號(hào)、提升容器行程及運(yùn)行速度的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)提升全過程位置、速度監(jiān)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升機(jī)高效自動(dòng)控制運(yùn)行。

　　2.2變頻設(shè)備在采煤機(jī)中的應(yīng)用

　　目前國內(nèi)采煤機(jī)裝備中交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，特別是能量回饋型四象限變頻器，控制模塊核心采用先進(jìn)的 DSP與ARM處理器，不僅變頻效率高，而且實(shí)現(xiàn)了額定轉(zhuǎn)速下恒功率調(diào)速、額定轉(zhuǎn)速下恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。麥垛山煤礦綜采工作面使用天地科技公司生產(chǎn)的MG750/1920-WD 型新一代雙滾筒采煤機(jī)，其牽引控制系統(tǒng)中使用具有能量回饋單元的四象限變頻器。

　　額定工作電壓AC660V、額定功率2×200KW，采用“一拖一”結(jié)構(gòu)，變頻器主控單元通過通訊方式將牽引電機(jī)電流傳輸至采煤機(jī)主控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)變頻器的之間的轉(zhuǎn)矩平衡與主從控制，變頻器配置有專用的能量再生單元，當(dāng)采煤機(jī)工作在大傾角工作面時(shí)，牽引電機(jī)會(huì)在電動(dòng)(一、三象限)和發(fā)電(二、四)兩種狀態(tài)下運(yùn)行。當(dāng)采煤機(jī)沿大傾角工作面下行時(shí)，牽引電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，電機(jī)發(fā)出的能量將返回到變頻器通過能量再生單元回饋電網(wǎng)，確保變頻器輸出足夠制動(dòng)功率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量再生利用。

　　2.3變頻設(shè)備在膠帶輸送機(jī)中的應(yīng)用

　　隨著國家對(duì)低產(chǎn)低效煤礦淘汰升級(jí)，煤礦正在向高產(chǎn)高效以及智能化方向發(fā)展，采掘設(shè)備生產(chǎn)能力大幅提高，為適應(yīng)高產(chǎn)高效及智能化礦井發(fā)展，降低原煤運(yùn)輸成本，礦井對(duì)大型帶式輸送機(jī)的需求迅速增長，帶式輸送機(jī)朝著長距離、大運(yùn)量、高速度、大功率方向發(fā)展，傳統(tǒng)液力耦合器、CST、軟啟動(dòng)器等調(diào)速設(shè)備存在工頻恒功率運(yùn)行耗能大、多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率不平衡、調(diào)速和起動(dòng)制動(dòng)過程不平穩(wěn)容易造成膠帶和滾筒之間打滑等缺陷。而運(yùn)用變頻器對(duì)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)可很好的解決以上問題，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng)、軟停車，多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)速度同步和功率平衡。

　　麥垛山煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)全長9.5公里，采用四條帶式輸送機(jī)搭接運(yùn)輸，全部采用變頻器驅(qū)動(dòng)，其中主斜井帶式輸送機(jī)長1667m，運(yùn)量2100t/h，輸送帶帶寬1.6m，傾角200，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率3*2000KW，配套ABB公司ACS5060型變頻器，從2013年至今運(yùn)行穩(wěn)定可靠。近年來隨著永磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展應(yīng)用，麥垛山煤礦綜采工作面順槽帶式輸送機(jī)使用功率為3*630KW的永磁電機(jī)，配套輸出功率為3*800KW變頻器驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)，永磁電機(jī)與驅(qū)動(dòng)滾筒直連，省去了減速器、耦合器、CST等中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步減小了設(shè)備維護(hù)量和機(jī)械磨損，達(dá)到節(jié)約電能和延長設(shè)備使用壽命的目的，改善了生產(chǎn)工藝，取得了良好的效果。

　　建筑論文范例：煤礦井下自動(dòng)排水系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化

　　結(jié)語

　　變頻設(shè)備除在以上機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中應(yīng)用外，還在礦井供排水系統(tǒng)、主通風(fēng)系統(tǒng)、局部通風(fēng)系統(tǒng)、綜采工作面刮板機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)、乳化液泵站中得到廣泛使用。隨著科技的進(jìn)步，我國煤礦企也經(jīng)過了較長時(shí)間的發(fā)展，目前所處的市場競爭環(huán)境越發(fā)的嚴(yán)峻，煤礦企業(yè)要想保持可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)，就必須做到緊跟科技發(fā)展步伐，積極調(diào)整過去落后的生產(chǎn)方式和設(shè)備，尤其是煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)，更應(yīng)該全面的推廣應(yīng)用變頻節(jié)能設(shè)備，一方面能夠降低機(jī)電設(shè)備所引發(fā)的安全事故，另一方面能夠促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)效率的快速提升，實(shí)現(xiàn)企業(yè)高效、綠色可持續(xù)發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[4]麥垛山煤礦礦井初步設(shè)計(jì)說明書

　　作者：楊宏 1 楊華 2