变频节能技术在煤矿机电设备中的应用

李兴林

（陕西银河煤业开发有限公司，陕西 榆林 719000）

现代社会的发展，使人们生活水平提高的同时，对煤炭资源的需求量也日益增长，这使得越来越多的煤矿企业逐步扩大生产规模，通过改造煤矿机电设备来提高原煤产量。当然，煤矿企业在对煤矿机电设备进行技术改造过程中，人们也越来越重视煤矿机电设备的运行可靠性与稳定性。电耗作为煤矿成本中的一项重要构成指标，在煤矿机电设备改造中必须要尽可能降低吨煤电耗量，这对整个煤矿领域的发展有着重大影响。在此背景下，将变频节能技术应用到煤矿机电设备改造工作中，可使其能源消耗得到大幅降低，进而使机电设备取得更高的运转效率，有效延长了煤矿机电设备的使用寿命，保证了其运转稳定性，更重要的是能够减少煤矿生产成本的投入，从而为煤矿企业创造更多的利润。

一、变频节能技术及其应用原理

现如今，各国对于资源、能源的需求与消耗逐年递增，但煤矿、天然气等能源开采会耗费大量的电能，进而进入一种高效能的死循环。因此，我国大力开发研究变频节能技术在煤矿机电设备中的应用，如今在煤矿生产中的采煤机、提升机、流体负荷设备、风机与水泵中得到了广泛应用。该技术的工作原理是将某些机电设备使用交流电的功率固定的规律所打破，根据人们的意愿、程序的设定以及现场环境的变化进行调节。简单来说，就是利用半导体元件的通断作用，将工频电流的信号在整流器中转变为直流电压，再利用整流器可调节电压的原理进行交流电压的频率转换设置，从而使得电流电机的驱动电源能够获得无级调速电压与电流。其中，变频器的设置与结构较其他元件更为复杂，其组成部分也较多，涉及的元件种类繁多，需要相关企业根据实际情况与条件进行选择安装。

二、变频节能技术在煤矿机电设备应用的效能

（一）提高经济效益

首先，变频节能技术应用于煤炭机电设备，可以通过改变电频适应煤炭机电设备的工作，减少机器的磨损，增强机器的灵活性与实用性。煤矿机电设备是一些巨大的机器，工作原理复杂并且机器结构繁杂，长时间在不适宜的电流频度及电压下工作容易增加机器负担，影响机器寿命，造成机器的折损，增加生产成本。其次，变频节能技术的应用能够避免新机械的购置，减少生产成本的投入。煤矿机电设备属于大型机械，一旦购置需要使用一定时间才能进行更新，但是随着煤电技术发展，会出现设备与技术不匹配现象，需要对设备机械进行更新，变频节能技术可以避免频繁的更新机械，通过安装变频器就可以节省新机械的购置费用，减少成本。再次，煤矿机电工作人员在实际操作过程中，易操作，工序简单，需要人力较少，可以减少员工的支出成本。

（二）提高环保效能

变频节能技术的应用可以提升煤矿机电设备的电能应用效率，具备节能的功能，将节约的电能应用于其他环节，实现电能资源利用最大化，实现优化的生产过程，符合绿色发展节能的生产要求；变频节能技术的应用还可以起到减少废气排放的功能，电流频率与所需相符的情况下，减少机器磨损，是生产环节实现燃烧殆尽的效果，减少排放气体中的残余物质，减少废气对环境的污染。

（三）改善设备性能

首先，根据变频节能技术的工作原理，其改变电流的频率使其固定在设备所需的电频阶段，实现机器设备的充分做功，保障机器在限度内进行工作，既能发挥最大作用又不会影响其设备本身。其次，变频节能技术实现摆脱信息数字处理的限制，在传统电路领域能够根据所需形成电子集成电路，适应技术的应用，有助于创新。变频节能技术在煤矿机电设备的应用，改善设备性能，并且突破限制对技术创新提出无限可能。

三、煤矿机电设备中变频节能装置的类别

（一）矿用变频器

考虑到变频器是一种能够调节机电设备输出频率的电子类设备，这能够帮助机电设备减少运行能耗，从而使机电设备变得更加自动化、智能化，同时相关人员也能够在远程操作过程中变得更加便利。

（二）交流四象限变频器

根据交流电动机在运行过程中的机械性能变化情况，并利用数学轴来进行象限划分，可将象限分成四个，分别是正传电动状态、反转电动状态、回馈制动状态以及反接制动状态。无论电动机处于哪个象限，其均可正常运行，不过电动机在正传电动状态和反转电动状态这两个象限中的运行是以电动状态存在的，而在回馈制动状态和反接制动状态这两个象限中的运行则呈现出发电状态，电动状态和发电状态的区别在于前者的能量消耗来自电网，而后者则是将能量回馈给电网。有些变频器能够在电动机四象限中得以正常运行，对于这类变频器，也称为交流四象限变频器，通过将交流四象限变频器运用到具备位势负载特性的电动机中，能够使电动机随着系统势能的增加或减少而实现电动状态和发电状态的切换。在没有应用交流四象限变频器之前，许多能量都会通过电阻发热的方式被损耗掉，这便造成了大量能量的浪费，而在应用交流四象限变频器以后，则可利用逆变回路将电动机的电力逆向输入到电网中，从而有效减少了电能的损耗。能量在流动过程时，可以通过四象限变频器中内置的功率模块来达到双向流动目的。四象限变频器中内置了微处理模块，能防止电网被谐波污染。

四、变频节能技术的发展

变频技术最早出现于20世纪60年代，当时社会对于无极调速、节能降耗的需求性提升，最终促使变频技术的出现。最初出现的变频技术主要是通过晶闸管来实现变频效果，随着变频技术的不断深入研发，相关产品也在快速发展和升级，但以晶闸管为关键部件的变频技术，其实际调速性能却无法满足实际应用要求。对于此问题，部分学者研制出了脉宽调制变压变频技术，并在20世纪80年代时，美国和德国科学家就对相关算法进行进一步优化完善，促使应用变频技术参数的变频器逐步在市场中进行普及。在进入信息时代以后，随着信息技术、电子技术以及相关控制理论的快速发展，如今变频技术的控制精度、调频性能、使用耐用性均得到进一步提升。在变频器元器件研发和应用方面，如今变频器已经开始逐步应用智能化控制模块;在控制技术方面，结合当今的先进控制理论，不仅出现了诸如压频比等先进控制技术，还可以实现矢量控制、转矩控制效，极大地拓展了变频技术的可应用范围以及控制成效。此外，随着人工智能、自动化等技术在变频节能技术领域的逐步应用，不仅产生了诸多基于新型控制理论的变频节能设备，而且在实际应用过程中还表现出了极为优秀的自动化控制和节能降耗效果。并且，近些年来科研人员还将通信编程技术与变频节能技术相结合，集成智能化信号处理、专用集成电路等新型技术手段，促使变频节能技术的可应用范围也在不断拓展，未来甚至可能会有着更为良好的发展空间。

五、变频调速技术在矿山机电中的运用

（一）变频调速技术在胶带输送机中的应用

变频调速技术在胶带运送机中的运用主要是通过减少设备损耗，将摩擦力进行合理的运用为主，在胶带运输机中运用变频调速，将胶带运输机中产生的摩擦力转变为牵引力，对胶带运输机中产生的牵引力的大小根据需要进行人为干预。此外变频调节技术的运用还能够有效降低胶带运输机的故障率，提高运输机的整体稳定性，减少运输机运输过程中产生的电流波动，提高了矿山开采的安全系数，使胶带传输机的功率能够得到最大的运用。

（二）变频节能技术在采煤机中的应用

采煤机是一个煤矿进行煤炭开采挖掘中的必要设备。一个功能完备的采煤机应包括电气系统、液压系统以及机械反应系统。采煤机可以根据组成结构的不同，分为切割系统、装载系统、运输装置以及其他机械控制系统。在采煤机中积极应用变频节能技术，有利于从以下三个方面来降低能耗。首先，就切割部分而言，可以将不同切割面设置为不同的功率。若煤炭切割面较大，可以使用最大功率进行切割，进而高效的将大工作面下的煤炭纳入装载系统进行后续的运输。而在切割面较小时，并可适当调低功率，进而节约能源。其次，就装载系统而言，可以根据需运输的煤炭数量来调节其运作功率，将装载的速度与采煤的速度设置为同一频率。再次，在采煤阶段与运输阶段，其牵引力的大小不同。因此，运输装置的频率也应进行不同阶段进行调整。在保障牵引力充足的前提条件下，尽可能降低能耗。这样一来，变频节能式的采煤机能够避免长时间的超负荷运作，降低其故障率，延长其使用寿命。

（三）变频节能技术在流体负荷设备中的应用

流体负荷设备的变频节能应用，表现在风机变频与水泵变频这两部分上。与传统的风机做对比，变频节能式的风机具有最低转速、目的性强、效果较优的优势。因此，煤矿企业逐渐在自家的风机中应用变频节能技术与调速功能。经过改造的风机，可以适应当前矿井下的特殊环境与条件，尽可能地节约矿井开采的使用电能。另一部分就是在煤矿生产过程中的水泵中设置变频节能技术。这样一来，既可以提高煤矿的高效给水量，有利于提升液体用泵的灵活使用度，进而大幅度地提高水泵用品的整体质量。与此同时，变频节能技术的应用有利于帮助抽水泵进行平滑启动、暂停等灵活智控。由此，矿井下层的液位也可以始终保持稳定状态。抽水泵空转与过度使用都会导致电能的浪费与耗用，变频器的应用能够切实降低空转对抽水泵的损耗，保障矿井的开采活动稳定安全。

（四）变频节能技术在风机设备中的应用

风机作为矿山生产中重要设备组成，其主要包括压缩机、拖动风机等。在实际矿山生产过程中，风机运行所产生的能耗将会占据矿山生产机电设备总能耗的 40%～50%左右。结合实际情况来看，不同的矿山生产阶段，对于风机类机电设备的实际需求情况也不尽相同，为满足此要求，便需要采用变频技术，通过技术调控来控制风险的实际输出功率。传统的变频方式是结合各生产阶段的实际情况，对风机进行有效替换。但此种情况不仅会影响到矿山的生产效率，而且还会增加矿山生产的设备成本。相比较之下，应用变频节能技术不仅不需要对风机进行替换，提高风机的输出功率控制效果，满足各生产阶段的实际要求，而且还可以有效降低风机的运行能耗，据科学研究发现，应用变频节能技术后，风机的节能效果将可以达到20～40，并且风机的性能曲线还可以得到有效优化，更符合矿山生产的实际操作要求。

结束语：随着我们国家科技的不断进步和发展，矿山行业的高科技也应该被运用于矿山的生产中去，以此来满足矿山的发展和进步，满足矿山的生产效益，提高矿山的生产能力，并且降低其工作时的耗能。最后矿山行业的发展其实跟我们的日常生活是息息相关的，通过变频调速技术的运用提高矿山行业的工作效率，提高矿山开采的安全性，为我国的能源带来强有力的稳定供给。