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变频控制技术在机电设备的应用

2021/02/19 阅读:

摘要:随着科学技术的进步,对煤矿机电设备的要求不断提高,不仅要保证机电设备运行的可靠性,还要最大可能地节能。鉴于煤矿机电设备大多为大功率用电设备,节能可以创造显著的经济效益。为了达到这些要求,许多煤矿机电设备采用了变频控制技术。分析了变频控制技术的原理及优势,并介绍了其在煤矿机电设备中的应用情况,可以为认识煤矿变频控制技术提供一定的参考。

关键词:煤矿开采;机电设备;变频控制技术;节能

近年来,国家发起了节能减排的号召,煤矿企业作为能量消耗型企业更应该行动起来。为了响应国家的号召,煤矿企业一方面应该引进新的煤矿机电设备,另一方面应该对一些旧的设备进行改造[1-2]。鉴于更换设备成本较大,很多煤矿对机电设备进行了变频控制技术改造。利用变频控制技术的优势,可以提升设备的性能并满足节能需要。变频控制技术作为一种成熟的技术,已经在煤矿井下得到了大范围的推广应用。本文将从变频控制技术的原理及优势入手展开论述,重点分析变频控制技术在煤矿机电设备中的应用。

1变频控制技术的原理及优势

1.1变频控制技术的原理简介

变频控制技术是基于电力电子器件和微机控制技术发展起来的一种电源频率控制技术,在变频时利用电力电子器件来控制电源的波形,采用微机控制技术控制电源的频率,通常采用的是交-直-交变频控制技术,其原理如图1所示。由图1可知,变频控制技术的电路主要分为四部分,即整流、直流、控制、逆变,这几个部分相互作用、相辅相成。交-直-交变频控制技术可以分为两个过程:a)将工频交流电转化为直流电,这个过程称为“整流过程”;b)将直流电转化为所需要的交流电,这个过程称为“逆变过程”。在变频时,输出电源的频率可以通过电路来控制。将变频后的电源接入到电动机,就可以实现对电动机运行的交流无极调速,极大地方便了对机电设备运行状态的控制。

1.2变频控制技术的优势

变频控制技术的优势主要体现在两方面,一方面可以使机电设备的运行更加平稳,另一方面可以使机电设备更加节能。煤矿大功率用电设备较多,在运行过程中会有大量的谐波进入到电网中,这会导致机电设备运行时出现一定的异常,例如振动加剧、发热[3]。交流电源经过变频后波形更加标准,使交流电机在运行时更加平稳。此外,交流电机的转速与电源的频率呈线性关系,采用变频控制技术可以对电机进行无极调速,减轻设备在启停时的振动。节能是变频控制技术最大的优势。当电机的转速由N1变化到N2时,电机的输送功率P2/P1=(N2/N1)3。也就是说,当电机的转速降低10%时,电机的功率降低了27%。在很多情况下,煤矿机电设备并不能达到满负荷状态,例如皮带输送机等。变频调速技术在使用过程中能够按照机电设备的工作量对速度进行调整,当机电设备的负荷低时,可以利用变频控制技术降低电机的转速,这样可以节省大量的电能。经过统计,采用变频控制技术后,机电设备将节能30%~80%,这可为煤矿创造可观的经济效益。

2煤矿机电设备中变频控制技术的应用分析

在煤矿生产中,可以应用变频控制技术的机电设备比较多。下面以矿井通风机、矿井提升机和皮带输送机为例,分析变频控制技术的应用情况。

2.1变频控制技术在通风机中的应用

通风机是矿井通风的主要动力,对煤矿的安全开采十分重要。过去,矿井通风机通常以恒定的功率运行,风量调节主要靠调整风机叶片的安装角来实现,十分烦琐。矿井通风机的工况点与通风阻力有很大的关系,若矿井通风阻力变化,而风量不变,则通风机可能处于低效率工况点运行。众所周知,通风机消耗的电能有时会占到矿井总消耗电能的50%以上,导致机电设备处于低效率工况点运行时,大量的电能被白白浪费,降低了煤矿的经济效益。为此,很多煤矿对矿井通风机进行了变频控制技术改造,根据矿井通风阻力的变化来自动调节风量,这极大地改善了通风机的运行状态,使通风机始终处于一个高效的工况点。虽然在进行变频控制技术改造时需要投入大量的资金,但是一两年内就可以收回成本。经过统计,采用变频控制技术后,矿井通风机将节能30%以上,可以为矿井节省一定的运行成本。另外,采用变频控制技术后,风机的运行更加平稳,这有助于延长通风机的使用寿命,降低通风机的维护及检修成本。

2.2变频控制技术在矿井提升机中的应用

矿井提升机是一种重要的井上到井下的运输设备,其主要负责人员、材料、设备以及煤炭的运输。在提升机运行过程中,其需要频繁地启停、调速,对控制系统有较高的要求。过去,主要是通过转子串电阻的方法来对提升机进行调速,且调速是分挡位的。虽然这种调速方式操作简单,但是很多电能被白白浪费在电阻上,而且在调速时机械式开关存在失控的危险。此外,在提升机启动或停止时,会产生巨大的冲击力,加速钢丝绳的损坏。为此,很多煤矿对提升机进行了变频控制技术改造。改造后,提升机的启停变得更加平稳,不会对钢丝绳产生较大的冲击。在调速时可以实现无极调速,系统运行更加可靠且更加节能。变频后电源的质量得到了保证,使得提升机和钢丝绳的检修次数大大减少,有助于降低设备运行维护的成本。

2.3变频控制技术在皮带输送机中的应用

皮带输送机是煤矿井下重要的煤炭运输设备,保证其运行的可靠性对于工作面的正常回采十分重要。过去,皮带输送机总是以恒定的功率运行,而皮带输送机的装煤量不是固定的。此外,煤矿工作面并不总是处于生产状态,在换班的一段时间内煤矿皮带机还可能处于空载状态,导致其运行过程中有很多功率被浪费[4]。电网中存在谐波,导致皮带输送机的运行速度不稳定,容易出现断带、打滑事故。鉴于这种情况,很多煤矿对皮带输送机进行了变频控制技术改造。采用变频控制技术后,皮带输送机运行时可以根据装煤量实时调节运行速度,运行更加平稳和节能,断带、打滑以及跑偏的情况大幅度减少,这有助于延长皮带输送机的使用寿命,降低皮带输送机的维修维护成本。

3结语

在煤矿生产中,提升机电设备的可靠性和节能性十分重要。为此,很多煤矿对机电设备进行了变频控制技术改造。变频控制技术是基于电力电子器件和微机控制技术发展起来的一种电源频率控制技术,其优势在于使机电设备运行更加平稳和节能。通过分析变频控制技术在通风机、提升机和皮带输送机中的应用可以发现,采用变频控制技术后,机电设备的运行速度具有较强的可调控性,操作相对简单,设备工作效率得以提升。更为重要的是,采用变频控制技术可以延长机电设备的使用寿命,从长远来看,有助于降低设备更换的成本。

参考文献:

[1]徐国祥,殷涛.变频控制技术在煤矿机电设备中的应用[J].中国设备工程,2020(16):182-183.

[2]施红星.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用分析[J].科技经济导刊,2020,28(21):64.

[3]崔瑾.变频控制技术在煤矿机电设备中的应用[J].陕西煤炭,2020,39(3):187-189.

[4]段丽芬.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用分析[J].中国设备工程,2020(6):243-244.

作者:刘永建 单位:山西焦煤集团有限责任公司杜儿坪煤矿

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