ผู้ประกอบการถ่านหินเป็นผู้บริโภคไฟฟ้ารายใหญ่ โดยการใช้พลังงานคิดเป็นสัดส่วนสำคัญของต้นทุนการผลิต ผลการศึกษาชี้ให้เห็นว่าอุปกรณ์ต่างๆ เช่น พัดลม ปั๊มน้ำ คอมเพรสเซอร์ รอก และระบบระบายก๊าซ ใช้พลังงานไฟฟ้ามากกว่า 40% ของพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดที่ใช้ในเหมืองถ่านหิน การพัฒนาเทคโนโลยีไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) ช่วยแก้ไขปัญหาต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น กระบวนการควบคุมที่ไม่ยืดหยุ่น การตอบสนองแบบเรียลไทม์ที่ไม่ดี และระดับระบบอัตโนมัติที่ต่ำ

1. หลักการและประโยชน์ด้านการประหยัดพลังงานของเทคโนโลยี VFD

(1) หลักการควบคุมความเร็ว VFD

การควบคุมความเร็วด้วยความถี่แปรผัน AC เป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่ซึ่งเกิดขึ้นในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา ได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในวิธีการควบคุมความเร็วที่มีแนวโน้มมากที่สุด มีประสิทธิภาพที่เหนือกว่า ประหยัดพลังงานได้อย่างมาก และใช้งานได้หลากหลายในอุตสาหกรรมต่างๆ

เทคโนโลยี VFD ผสานรวมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และระบบควบคุมมอเตอร์เข้าด้วยกัน หลักการพื้นฐานคือการแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับความถี่คงที่เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงผ่านวงจรเรียงกระแส จากนั้นใช้อินเวอร์เตอร์แปลงกลับเป็นไฟฟ้ากระแสสลับความถี่คงที่และแรงดันไฟฟ้าคงที่เพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมความเร็วได้อย่างราบรื่น ไร้ขั้นตอน โดยไม่มีการสูญเสียความลื่นไถลเพิ่มเติม จึงมีประสิทธิภาพสูง

ด้วยการผสานรวมระบบกระแสไฟฟ้าแรงสูงและต่ำเข้ากับระบบเครื่องกลไฟฟ้า เทคโนโลยี VFD จะปรับความเร็วมอเตอร์แบบไดนามิกตามความต้องการของโหลด ช่วยให้สามารถเร่งความเร็วหรือลดความเร็วได้โดยอัตโนมัติและราบรื่น ส่งผลให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะเดียวกันก็ยังคงรักษาประสิทธิภาพการทำงานระดับสูงไว้ได้

(2) ประโยชน์ด้านการประหยัดพลังงานของเทคโนโลยี VFD

ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ ระบบอัตโนมัติ และระบบเอาต์พุตกำลังสูง เทคโนโลยีมอเตอร์ AC VFD จึงก้าวหน้าอย่างก้าวกระโดด กลายเป็นวิธีการสำคัญในการอนุรักษ์พลังงาน การปรับปรุงสิ่งแวดล้อม และความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี

เนื่องจากประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานที่โดดเด่น (โดยทั่วไป 20%-60% สำหรับโหลดที่ใช้ของเหลว) และประสิทธิภาพการควบคุมที่เหนือกว่า เทคโนโลยี VFD จึงได้รับการนำไปใช้ในเหมืองถ่านหินมากขึ้น ปัจจุบันมีการนำตัวแปลงความถี่ที่มีความจุสูง ใช้งานได้หลากหลาย และมีความน่าเชื่อถือสูงมาใช้อย่างแพร่หลาย ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานได้อย่างมาก

หลักการประหยัดพลังงานของการควบคุม VFD ประกอบด้วย:

การสตาร์ทแบบนุ่มนวลและการควบคุมความเร็วที่ราบรื่น หลีกเลี่ยงกระแสไฟกระชากสูง

ปรับปรุงค่ากำลังไฟฟ้า ลดการสูญเสียกำลังไฟฟ้าปฏิกิริยา

แรงบิดเอาต์พุตคงที่ต่ำกว่าความถี่พื้นฐาน** โดยการใช้พลังงานจะเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนของความเร็ว

2. การประยุกต์ใช้จริงในการทำเหมืองถ่านหิน: กรณีศึกษาสายพานลำเลียง

(1) ความท้าทายในการประหยัดพลังงานในสายพานลำเลียง

สายพานลำเลียงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการขนส่งถ่านหิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการดำเนินงานที่มีผลผลิตสูง ระยะทางไกล และมีน้ำหนักมาก อย่างไรก็ตาม ระบบขับเคลื่อนแบบดั้งเดิมมักประสบปัญหาต่างๆ เช่น:

กระแสไฟเริ่มต้นสูง** (6–7 เท่าของกระแสไฟที่กำหนด) เสี่ยงต่อการทำให้มอเตอร์ไหม้และแรงดันไฟฟ้าตก

แรงกระแทกทางกลและการสึกหรออันเกิดจากการเร่งความเร็ว/ลดความเร็วอย่างกะทันหัน

การจ่ายพลังงานที่ไม่มีประสิทธิภาพในไดรฟ์มอเตอร์หลายตัว ส่งผลให้โหลดไม่สมดุล

โซลูชันแบบเดิม เช่น ข้อต่อไฮดรอลิกหรือการสตาร์ทด้วยความต้านทานโรเตอร์ ยังคงประสบปัญหาไฟกระชากสูง การเกิดความร้อน และความท้าทายในการบำรุงรักษา

(2) การใช้งาน VFD ในสายพานลำเลียง

ระบบควบคุมสายพานลำเลียงแบบ VFD ประกอบด้วย:

หน่วยตรวจจับ: หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า เซ็นเซอร์ความเร็ว และเครื่องชั่งสายพาน เพื่อตรวจสอบโหลดและความเร็วแบบเรียลไทม์

หน่วยควบคุม (PLC): ประมวลผลสัญญาณเพื่อให้สามารถเริ่ม/หยุดแบบนุ่มนวล ปรับสมดุลโหลด และป้องกันความผิดพลาด (เช่น สายพานขาด สายพานลื่นไถล สายพานร้อนเกินไป)

หน่วยการทำงาน (VFD): ปรับความเร็วของมอเตอร์อย่างแม่นยำ ช่วยให้การทำงานราบรื่นและประหยัดพลังงานสูงสุด

ประโยชน์หลักหลังจากการปรับปรุง VFD:

ระบบเริ่ม/หยุดแบบนุ่มนวลช่วยลดความเครียดทางกล ช่วยยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์

ค่าตัวประกอบกำลัง ≥ 0.9 ลดการสูญเสียกำลังปฏิกิริยา

ประสิทธิภาพสูงกว่าข้อต่อไฮดรอลิก 5%–10%

ปรับความเร็วตามโหลดอัตโนมัติ ลดการสิ้นเปลืองพลังงาน

ระบบเบรกแบบสร้างพลังงานใหม่ (ใน VFD 4 ควอดแรนท์) ช่วยลดการใช้พลังงานลงอีก

ลดต้นทุนการบำรุงรักษาด้วยการกำจัดปัญหาการเชื่อมต่อแบบไฮดรอลิก

3. บทสรุป

เทคโนโลยี VFD ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสูงในการทำเหมืองถ่านหิน ช่วยประหยัดพลังงานและปรับปรุงการดำเนินงานได้อย่างมาก ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของอิเล็กทรอนิกส์กำลัง บทบาทของเทคโนโลยีนี้ในการเพิ่มประสิทธิภาพและความยั่งยืนในการดำเนินงานเหมืองจะเติบโตอย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะก่อให้เกิดประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่มากยิ่งขึ้น