煤矿机电设备中变频节能技术的应用分析

王庆亮 黄威

【摘 要】随着我国对环境保护重视力度的加大，国内针对矿产开发行业的要求也更加严格，不仅有严格的审核制度，同时开发与治理的协调政策更是给矿产开发企业带来了巨大的压力。这些环境保护政策对于我国的可持续发展有着巨大的好处，不仅能够倒逼企业提高开采效率，同时还能够降低对周围环境带来的污染，对于产业结构调整和人民生活水平的提升有着巨大的帮助。但是，在这个过程中，矿产开采企业也面临着结构调整和转型的压力，必须在保证规范开采的过程中进一步降低开采成本。这些问题在煤炭开采企业上表现最为明显，我国煤炭开采企业众多，如果无法降低开采成本，那么在激烈的市场竞争中将难以获得足够的发展空间。而开采过程中除了设备成本之外，最大的成本压力便是耗电量。开采过程中机电设备大多数不间断工作，其耗电量之大或许很难想象。所以，要想提升企业的利润率，必须发展节能技术。

【关键词】煤矿机电设备;变频节能;技术分析

引言

现阶段，随着我国煤矿行业的飞速发展，新型工艺、设备与技术在煤矿行业当中被广泛运用。在传统设备当中，充分应用变频控制技术来实现对技术的创新，能够有效提升设备运行的实际作用。

变频控制技术是一种通过对变频电源的应用实现对频率进行转换的过程。而我国煤矿的基数相对较多，所采用的变频器的数量也在不断提升。在一定程度上，有效提升了变频控制技术在我国煤矿机电设备当中的应用，促进变频控制技术得到一定程度上的发展。当前情况下，在信息化技术和数字技术的飞速发展的状态下，促进变频器得到更广泛地发展。

一、变频节能技术的原理

现阶段，随着我国科学技术的飞速发展，电子技术和控制理论不断被应用于各行各业的技术创新与发展之中。变频控制技术的应用范围不断扩大，随着GTR元件和IGBT元件的出现，变频控制技术已经逐渐成为了智能频率模块中的重要组成部分。在控制理论的应用中，同样也实现了对传统控制方式的有效改进，在实际变频器的应用技术当中，转矩直接控制方式与矢量控制占据了重要作用。

从新技术的应用上来看，控制方法主要分为模块自动化控制等多种方式，都是作为现代变频控制技术中的重要研究内容。

煤矿开发企业中的机电设备有很多，比如采煤机、提升机、输送机以及流体负荷设备等。一般的机电设备如果直接接在供电线路上会持续工作在额定状态，煤矿开发行业中，相关的机械设备往往处于一直运行的状态，但是煤炭开发过程中可能会存在一些设备空闲的状态，当空闲的过程中如果设备仍然处于额定运行，此时就会增加设备的功耗，并且这些功耗并没有进行有意义的做功。同时长时间处于工作状态的机电设备就会增大故障的机率，无形中又增大了企业的成本。

而随着现代科技的发展，变频设备开始得到了应用。在工作过程中，变频设备将进入的供电频率进行改变，以此来调节设备的运行速度。我们都知道，正常供电系统中频率是无法改变的，但是变频设备能够把50HZ工频交流电转换为直流电源，并把它送到逆变器（大功率晶体管开关组合），又称功率模块，为其提供工作电压;同时外部设备的检测参数能够通过微处理器运算，产生一个控制信号（一般为PWM脉冲信号），也送入逆变器。然后由三相逆变器将直流电转变为频率可调的三相交流电（合成波形近似正弦波），驱动机电设备的运行。这种控制方式能够根据外界的工作环境对供电频率进行实时调节，利用调整频率的电能去改变设备的运行速度，样就能够在设备闲置的过程中降低其运行速度，进而起到降低设备能耗的目的。

二、變频节能技术在煤矿企业的应用现状

煤矿企业是一个较为特殊的行业，在该行业中，相比于开采成本，企业更加重视工程安全。而变频节能技术在煤矿开采过程中的应用相对较少，所以煤矿企业并没有轻易的引入变频节能设备。但是随着现代科技的不断发展和成熟，一些煤矿企业也开始尝试该技术的推广和使用。在这些设备应用了变频技术之后，不仅能够大大节省开采能耗，同时还在很大程度上改善了设备运行的性能，机电设备的使用效率得到了明显的提升。

三、变频节能技术在煤矿企业应用的建议

（一）变频节能技术在煤矿提升机上的应用

提升机和传输级是煤矿生产企业中使用频率和作用有相似的地方，一方面，这两种设备本省工作环境相似，另一方面，这些设备自身有调速的需求。提升机在进行提升的过程中需要进行速度的调节，而传输设备也需要进行调整。但是以往对设备进行调速往往采用串电阻的调压调速方式，虽然这种方法能够调整速度，但是其本身增加的电阻也会产生较大的能耗。通过变频技术能够将公频电压进行频率调整，通过调节供电的频率进一步调整设备运行的速度。如今这种控制也变得更加智能化，将电机控制过程中的相关变化量作为控制型号，利用微处理器进行处理，能够使得变频设备按照条件的变化自动调整电压频率。而在传输设备上，变频设备以往使用的液力偶合器实现对设备的软起动，但是这种方式会加速设备的老化和损坏。而变频设备可以保证设备启动过程中电流的变化幅度很小，降低了对电机设备的冲击，在节能调速的过程中也延长了设备的使用寿命。

（二）变频节能技术在提升和传输机采煤机上的应用

我国四象限运行的交流变频调速采煤技术是一种能量回馈型技术，该技术水平位于世界前列，我国生产的电牵引采煤机运行功率可达2×110kW，变频电压可达380V，可以在额定转速以上进行恒定转矩调速，并实现两台变频器之间的转矩平衡和主从控制，也可在额定转速下进行恒定转矩调速。四象限变频器调速电牵引采煤机在实际运行过程中，在大倾角工作面，对制动力矩进行调节时，其可调节的范围较大，且牵引速度基本上保持不变，无下滑跑车的情况，控制操作较简便，可靠性较强。

（三）变频节能技术在煤矿流体负荷设备上的应用

在流体负荷设施中应用变频技术主要是对泵和风机进行变频调速。变频调速技术在风机中的应用逐渐增加，且科研人员专门研发出了适合煤矿开采特殊环境的变频调速设备。风机经过改造后，其实际运行转速显著比改造前小，而改造前前导器半关闭的风压、风量是改造后风机实际运行输出功率的3倍，这种性能更适宜应用在煤矿开采工作中，极大地节约电能。在给液用泵、矿区给水中应用变频节能技术后，能够很好的对该设备进行变频调速，加强了生产工艺系统的控制力度，提高了控制的灵活性，有利于产品质量的提高。变频节能技术的应用提高了抽水泵控制的灵活度，使抽水泵能够实时加减速、平滑起停，且使井下液位保持固定值，缩短了泵空转时间，减少了抽水泵频繁起停而消耗的电能，降低了机械设施损耗，有效提高了生产效率。

结束语

综上所述，近几年我国加大了对环境的保护力度，利用进口煤矿代替国内开发的趋势越来越明显，对于国内煤矿开采企业来说，必须降低开发成本，才能够在国内煤炭市场的激烈竞争中获得发展的利润。而煤矿开采过程中机电设备是必不可少的，电机本身需要消耗大量的电能，控制好机电设备的能耗对于降低开发成本有着巨大的作用。

参考文献：

[1]武建平.浅议如何优化煤矿机电设备设计实现机电节能[J].当代化工研究，2021（03）：129-130.

[2]刘永建.变频控制技术在煤矿机电设备中的应用[J].能源与节能，2021（01）：181-182.

[3]梁鹏.煤矿井下掘进机电设备的节能措施[J].当代化工研究，2020（24）：114-115.

（作者单位：陕西金源招贤矿业有限公司）