煤礦機電設備中變頻節能技術的應用研究

張 倩

（三門峽職業技術學院，河南三門峽 472000）

0 引言

隨著社會科技發展，安全節約生態理念的提出，對傳統煤礦行業的轉型發展提出了較高要求，尤其是一些存在更多安全隱患的小型煤礦企業，如何在生存環境日益復雜的前景下突破創新，實現企業的轉型式發展，有效降低企業生產中存在的能耗問題，提高煤礦行業的生產質量與生產效率。實踐證明切實提高變頻節能技術的應用水平，會取得顯著成果，因此對變頻技能技術在煤礦行業中的應用研究有著重要的現實意義。

1 變頻節能技術

1.1 變頻節能技術簡介

對于這一概念的簡單理解就是指變頻節能利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，這種裝置有利于將原本設置的固定頻率調整為用戶實際所需的頻率，通過這一操作從而達到降低設備運行中所需能耗的目的。該項技術中的核心裝置就是變頻器，分別由控制部分、逆變器、中間直流部分和整流晶閘管等4 部分組成。由于煤礦行業中的煤礦機電設備各電機因實際負載的任務不同而發生頻率之間的相互轉化，因此通過安裝變頻器來實現對發動機工作的頻率的調節控制，極大的減少不必要能源的消耗，同時還可以減少電機損耗問題，實現各項設備性能的良好優化。

1.2 變頻節能技術的應用原理

變頻器在實際起作用的工作中，其中的交流工頻電源借助整流器就可以將電壓、頻率不可調節的交流電而直接轉化為直流電，在此之后在一系列運行指令的實際控制之下，達到對電源頻率以及幅值實現控制，在此基礎之上借助逆變器將直流電有效轉化為煤礦電機工作時所需要的電壓和頻率可以進行調節的交流電開始工作。在實際生產中，為了最大限度的保障輸出電流的安全可靠性，建議在變頻器上安裝一些如噪聲消除器或是自動性的空氣開關等輔助設備。

2 煤礦機電設備中變頻節能技術的應用分析

變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用的主要功能就是可以有效降低設備運行中所需的能源消耗，同時達到對運行設備的保護效果。因此這一技術在各種工業生產行業中獲得了大力的普及與應用，對促進煤炭行業的發展具有現實的重要意義。

2.1 變頻節能技術在泵方面的應用

煤礦企業在實際生產過程中，一般都是采用通過對網管閘閥的開合度調節控制來實現對生產中所需的水泵流量的控制，這一操作方式的主要目的就是泵的實際轉速固定不變的情況下，對水流量的控制也是一定的。針對這種情況煤礦中的水泵電機實際上還是處于不斷的運轉過程中，長期以往這是一種非常不經濟的方式，如果將變頻節能技術應用在機電水泵中，結合水泵的流量大小來達到對電機運轉速度的合理調控，達到節能降耗的目的不失為一種理想的手段。結合煤炭行業發展的現實情況看，煤礦上所使用的都是大功率水泵，同時使用的水泵數量也多，因此在這項機電設備中引入變頻節能技術，對于煤礦企業的發展有著顯著的優勢效果。

2.2 變頻節能技術在皮帶傳輸中的應用

皮帶傳輸系統可以說是煤礦行業中功率較大的生產設備了，因此它的啟動工作就需要消耗大量的能耗，它的實際工作原理是指借助電機發動的產生牽引皮帶運輸，從而實現皮帶可以將指定的挖掘材料運輸到一定的目的地，這一過程的實現皮帶的運轉所需的摩擦力是極大的，因此需要電機產生足夠強大的電流，其耗電量之高可想而知。我國現階段所采用的皮帶機都是利用液力機來促動皮帶運轉的，由于液力機在啟動的時候需要極大的電流量，可能會引起生產系統的電路的整個變化，對于其他運行中的生產設備有影響，如果出現經常性的這種狀況，非常容易影響設備的使用年限，生產的安全性也會大打折扣，針對這種情況非常有必要在該生產系統中引入變頻節能技術，專業性的幫助煤礦皮帶實施電力啟動，確保系統運行的穩定性，不僅有效節約了電量，同時還確保整個煤礦生產設備的安全性，減少生產設備的維修次數以及緩減生產設備的老化問題。著力提升煤礦行業安全生產效益。以某煤礦使用的2×315 kW 的電機帶動煤礦運輸皮帶的系統為例，該煤礦于2015年3月開始將變頻節能技術皮帶運輸系統上，為此在變頻器的控制范圍之內，整個煤礦的皮帶運輸系統可以輕松地在（0～50）Hz 任意頻率工作。這種方式下的工作效率與以往始終在工頻運行情況下對比發現，采用變頻節能技術為煤礦企業的發展帶來顯著效益，在皮帶電機額定功率2×315 kW；皮帶電機的效率是96%；礦用變頻器的效率是96.5%，基于以上數值的基礎上，假設該煤礦的皮帶運輸系統的年運行時間是200 d，同時按照該每天生產系統運行24 h計算的話。根據這些數值就可以估算出該煤礦的皮帶運輸系統在不同狀態下運行所需的實際耗電情況。表1 中的節電量為與工頻耗電量相比所節約出的實際電量。

表1 不同運行頻率下的耗電量與節電量

2.3 變頻技能技術在采煤機上的應用

目前，我國四象限運行的回饋型交流變頻采煤技術已經處于世界上較為先進階段，整個煤礦企業的采煤機變頻調速系統已經由原先的一拖二發展到現階段的一拖一結果，一般國產的采煤機其功率最大的都是在220 kW，380 V 的變頻器壓完全可以確保采煤機在額定轉速下實施快速的運轉，同時采煤機的運行情況也會非常穩定，智能化的選擇所需的運轉速度，這種自行的調節功能即使在機器熄火不運行的情況下，也不會出現滑車的情況。這種安全系數高，自動化靈活性較強的操作，極大的減輕了人力資源的浪費，很好的提高生產效率。

2.4 變頻節能技術在提升機中的應用

在煤礦生產過程中，提升機是一項非常重要的機器設備，以往傳統的提升機都是在電機中接入一部分的金屬的電阻，以此方法來達到對提升機調速的目的，這種傳統調速方式存在著較多問題需要注意，一方面是存在安全隱患；另一方面是耗電量大。但是將變頻節能技術應用在煤礦提升機工作系統中，可以有效減少很多傳統提升機存在的不利因素，精確的控制機電體系中各種線路之間的關系，提升電機運行安全運行速度和平穩運行，減少線路損耗與故障維修次數，更為重要的是對保障煤礦生產行業的工作人員重要作用，所以說相對于以往傳統提升機工作實效有著非比尋常的先進性。

2.5 變頻節能技術在通風機上的應用

在煤礦開采挖掘中，為了確保井下工作人員的正常作業，煤礦通風機的重要性是不言而喻的，通風機可以說是煤礦生產的重要呼吸系統，一旦出現問題，威脅井下工作人員的人身安全，對煤礦企業造成的損失是不可估量的。現代化工業的生產對煤礦通風機系統的要求越來越高，而通風機的工作原理與之前所述的皮帶工作原理有其相似之處，都需要較大的電壓電流，因此變頻節能技術的引入，在煤礦通風機的使用過程中會減少對整個電網的電力運行沖擊，降低能耗的同時通風機的使用應有使用年限也將得以保障，還有效節約了煤礦開采的所需成本。

3 變頻節能技術的未來發展

深入調查煤礦井下坍塌事故會發現，大部分是因煤礦生產設備使用不當，或煤礦企業存在不合格生產資質。因此國家對煤礦行業的生產從各個方面開始大力度的整頓，兼并重組，大力度的淘汰一些不合格、無資質的小煤炭企業，在煤炭行業引進新技術新設備。在煤礦行業生產的各個重要部件適時引入變頻節能技術如皮帶運輸系統，提升機，煤礦開采機等。提升其生產效率與生產質量，提高企業發展效益。隨著新時代科學技術的日益發展，新的變頻節能技術應用在工業生產領域的范圍越來越大，從20 世紀80年代人們不斷開發創新出PWM 智能模塊，該種模塊切實提高了變頻的功率，功率的增強對于穩定煤礦生產設備穩定性有著較大作用。另一方面就現階段而言，我國的變頻器應用技術也處于世界先進水平，變頻器所以實現控制功能，主要是因對失量與轉矩兩者關系之間的控制。在此基礎上關于對變頻器的應用相關技術也可以通過對相關理論的查詢了解到，較為知名的理論主要有人工神經網絡控制理論，模糊自動化理論，等等。我國的變頻節能技術，早已從以往的單片機處理方式實現為當下先進的編程控制方式。未來隨著科學技術的飛速發展，變頻節能這一技術在煤礦機電中的應用前景將會起著重大作用。

4 總結

現在的煤礦行業發展與傳統以往的煤礦行業有著重大的不同，人們越來越多的開始關注煤礦開采中的環境保護問題，生產安全問題等，因此煤礦行業的發展面臨著嚴重的發展形式。以加強變頻節能技術在煤礦開采機電中的有效應用為主要研究方向，實現煤礦行業的節能減排式發展，確保煤礦生產環境效益的同時，為企業發展帶來更為可觀的經濟效益。