變頻技術在煤礦機電設備中的應用

劉吉祥

摘要：在如今時代下能夠為社會整體經濟起到支柱性的行業之一就是煤炭行業，但由于煤礦行業的高速發展與進步使得其經營規模不斷擴大，在煤礦開始進行生產的過程中就需要對使用的設備與技術進行更新與完善。在對煤礦進行開發的過程中由于實際內容與環境都較為艱苦，而大部分煤礦設備的體積都較大在實際生產時較為復雜，就會使得整體過程較亂對設備的損耗狀況也較為嚴重，從而不能夠對煤礦進行持久的開發。而通過將變頻技術應用到煤礦所使用的設備當中，不僅可以將設備使用的實際效果進行提升，還能夠將實際效率進行提升。

關鍵詞：變頻技術;煤礦機電設備;應用

一、變頻技術原理

在煤礦機電設備設計過程中，正常情況下并沒有必要進行滿載工作，為了促使設備滿足動力要求，且不出現大規模的浪費現象，有必要在設備使用過程中加入變頻技術，從而避免設備在使用過程中產生多余力矩，對設備使用壽命造成嚴重影響。在變頻技術設計時，主要涉及到傳動技術、計算機技術等，屬于一門強弱電結合的綜合性技術。變頻技術主要通過半導體元件對電流信號的頻率進行轉換，再將這些交流電轉換成直流電，為設備提供動力性支持，還可以利用逆變器等設備實現對電壓和電流的有效調節，從而實現各個設備的無級調速。站在另一個角度來說，煤礦機電設備所應用的變頻技術主要是利用電機轉速和電流頻率的增長關系，對電流大小進行合理改變，以此來控制電機轉速，并對機電設備進行有效控制。變頻技術的使用，能夠在電機運行過程中實現速度控制，可根據工作需要進行加速或減速，為實際工作的開展提供基礎條件。變頻器電路主要包括4部分，即整流、直流、逆變和控制，在機電設備工作過程中，各個部分相輔相成，相互配合，共同為電機提供控制指令，為節能工作的開展提供了良好保障。

二、影響機電設備耗電量的因素分析

1、自然環境。煤礦所在的地理位置與地下巖層硬度等是影響提升機能耗的具體因素;礦井中煤的硬度等物理性質影響挖掘機能耗;礦井中粉塵及瓦斯的含量影響通風機及壓風機能耗;礦井中采煤區的面積影響傳輸機能耗;

2、機電設備管理。老舊設備耗能高、生產率低，然而礦井中老舊的應淘汰的設備仍占據總體設備數量的近20%，造成這一局面的主要原因是礦井中的大型機電設備價格比較昂貴。當前，在設備選型、設計、空載管理、低負荷管理及節能等方面都有很好的改善，及時更換新的機械設備有助于從根本上解決機電設備高耗能的問題;

3、工藝技術。（a）老舊的煤礦機電設備系統中使用的是直流電，電流大小及頻率基本不變。但在設備實際工作過程中，有空載、超負荷運轉的情況，這樣會造成電能的浪費及機電設備的過度損耗。最終導致機電設備得不到充分利用，增加了企業成本，同時造成了資源浪費;（b）工藝流程中設備利用率低。煤礦工作人員對機電設備了解不夠深入，甚至不懂得其工作原理，更沒有按照使用手冊科學地操作設備，使設備沒有得到充分應用，效率低，產生各種不必要的能耗。

三、變頻技術在煤礦機電設備中的應用

1、風機中的應用。不同時期礦井的通風設計相差較大，若生產中期為了解決通風問題，企業一般采用重復更換風機的方法，但這種方法操作復雜，也會造成設備故障問題，增大了維修成本。而在風機中引入變頻技術則可以有效解決此問題，不但可以避免重復更換，還增加了操作的便利性，且起到了很好的節能效果。比如楊村礦礦南的風井在改造風機時便引入了變頻技術，利用一臺變頻器控制兩臺風機，且利用新型異步電動機代替了高壓繞線電動機。改造之后，風機轉速相較以往降低了70r/min，且輸出功率也變為之前的三分之一，更符合煤礦開采特性，有效節約了電費成本。

2、在空壓機中的應用。在空壓機中，變頻技術主要被利用至啟動與系統控制方面。一是空壓機啟動，以往空壓機主要采用直接啟動方式，但期間會產生較大電流，降低了設備的利用率。而采用變頻技術后便可以杜絕此問題，延長了設備的使用壽命。二是壓風系統控制方面，以往壓風系統主要采用開環控制方式，利用調節器進行控制，但期間會重復啟動機電設備，無法確保設備保持恒壓，對設備產生了損害。而利用變頻技術可以改善此問題，變頻設備絕壁壓力閉環以及手動調節控制方式，其中壓力閉環控制系統時，壓力變動器可以及時檢測機電設備，之后與標準值進行對比，根據差值調節轉速，確保設備處于恒壓運行狀態，而手動調節主要指的是在變頻器控制柜上安裝復位按鈕，當壓力變送器出現故障后可以利用復位按鈕進行復位，減少了設備的維修量。

3、在皮帶輸送機當中的實際應用。在煤礦實際進行開采工作的過程中對煤礦進行運輸的主要紐帶就是皮帶輸送機，而且在煤礦所使用的機電設備當中也是最不能缺少的設備之一。其主要指的就是以交流電動機當中的工頻拖動與耦合器之間進行相互配合從而對煤礦進行輸送，而某煤礦在使用皮帶輸送機這種設備的過程中發現這種輸送方法在實際進行輸送的過程中實際效率非常低，一旦輸送重量較沉的時候就會導致皮帶與耦合器受到非常嚴重的磨損現象。另外在這座煤礦當中所使用皮帶輸送機出現磨損現象時，對其進行維修的過程中發現這種皮帶輸送機的造價非常高，如果多次進行維修或是更換會將整個企業的實際收益進行大幅度降低。于是就將變頻技術應用到皮帶輸送設備當中，這樣不僅將皮帶輸送機在實際輸送過程中所導致的失控問題進行解決，還能夠將實際運行過程中所形成的浮力吸收到電網當中，從而減少設備出現過熱現象所造成的磨損現象，并將皮帶輸送設備在實際應用當中的壽命進行延長。

4、變頻技術在皮帶機中的應用。相對于提升機來說，皮帶機的使用功率更為巨大，各項參數指標見表1。

皮帶機在運轉過程中需要對輪轂和皮帶之間的摩擦力進行充分利用，而在皮帶機啟動過程中，需要較大的電流提供動力。目前，國內大部分皮帶機都是通過液力耦合器來實現皮帶機的軟啟動，由于啟動時的電流較大，不僅為電路帶來了巨大的壓力變化，還會導致皮帶的迅速老化。變頻技術的應用，可在一定程度上提高皮帶機的能源利用率，降低能源消耗量。與此同時，還能降低設備的維修費用，提升煤礦企業的經濟效益。

5、在采掘機當中的實際應用。在煤礦進行開發的過程中最為主要的機電設備之一就是采掘機，在煤礦所使用的機電設備當中能量消耗量最大的設備就是采掘機，而且在實際開采煤礦的過程中采煤機在運行過程中的速度能夠對開采的實際效率造成直接性的影響。但是由于煤礦開采工作的內容較為復雜而且工作環境也較差，而且在采掘機實際進行運行的過程中也存在很多因素能對其產生一定程度的影響，例如在接觸種類各不相同的巖層時對于較硬或是較軟的巖石進行采掘的過程中，使用的實際功率大小也有所不同，這就會對采掘機造成很大程度的損耗狀況。而在煤礦采掘機設備當中應用變頻技術使其擁有能夠自動進行切割的技術，這樣不僅可以將采掘設備功率的實際損耗進行大幅度減少，還能夠將采掘機在運行過程中的實際效率進行提升，從而為整個煤礦開采的實際效率起到保障作用。

結語

煤炭作為基礎能源，對中國的經濟發展及百姓生活有著至關重要的作用。基于煤礦機電設備系統耗能高的情況，進行了影響因素分析，利用變頻技術可達到煤礦機電設備系統節能降耗的目的。應用變頻技術可科學利用能源，提高了生產水平，改善了煤礦生產工藝并為煤礦生產提供了安全保障。隨著科學技術的不斷發展，煤礦機電設備系統節能降耗的方法將更加完善。

參考文獻

[1]黃華.煤礦節能減排多目標優化研究[J].工礦自動化，2018，43（6）：64-68.