煤矿推广使用变频调速带来的经济效益分析

王克宣 郑加财 宋合义

(1.义煤集团永兴公司，河南 义马 472300;2.河南大有能源常村煤矿，河南 义马 472300)

随着我国对环境污染及节能减排的目标推动之下，煤矿的节能降耗、降低设备功耗成本提效被提到了重要地位，设备节能改造势在必行。一些列大型用电设备占到企业吨煤开采成本的比重约65% ～85%，流体负载运转效率20% ～50%，许多负载都是运行过程中所需要的功率是在时刻都是在变化的，但是在工频运行情况下，电动机始终以额定转速运行，其输出功率几乎不变。在绝大多数的时间里，电动机的输出功率比负载实际消耗的功率大得多，这就构成了功率的浪费。变频调速技术凭借其优越性能和节能效果很值得在煤矿企业大力推广使用。

1 工频系统的使用效果与节能空间分析

1.1 矿使用的空气压缩机在工频运行情况下，当储气罐的压力由于用户用气量减小而偏高时，必须通过泄载阀泄放掉部门压缩空气以维持储气罐内的压力比较稳定，这泄放掉的压缩空气实际上就构成了能源的浪费，拖动系统就存在着节能空间。也就是说如果通过调节电动机的转速来调节压缩空气的能力，被泄载伐泄放掉的压缩空气就可以省下来了。

1.2 提升绞车调速系统为转子串电阻交流调速电气传动。采用绕线电机转子串电阻的调速方式，此调速方式存在转子回路串接电阻，消耗电能造成能源浪费。因为绞车上升与下降的过程中都需要电机驱动，而变频电控只需要在绞车上升过程中进行驱动，而在下降过程中由于惯性的原因，电机则变成了一台发电机，它所发的电经过滤波处理，又可回馈至电网继续使用，安全性能更高。

1.3 主通风机由于受大采深、地质构造、巷道层位布置的影响，巷道整修反复性大。随着采区、多水平的延伸接替，通风系统的巷道断面的变化将是一个动态反复的过程。风机与通风系统匹配的好坏程度也将是一个动态反复的长期过程。由于风机设计选型考虑到煤矿的安全生产留有较大余量，风机运行在矿井寿命的前期、中期乃至后期风机不能达到满负荷，相对运行在小角度、小风量、低效率区域，风机整体机组效率实际仅为70%。建矿初期我们一般采用调节风机叶片角度来实现通风量，但风机输出风量仍远远大于实际工矿所需要的风量。这样不但造成大量不必要的能源浪费，而且使风机长期在低效区内运行，造成设备无法经济、合理运行，电能浪费惊人。

2 调速的方法与节能效果分析

电动机的输出功率和转速有关:

式中Pm—电动机的的轴上输出功率(KW);Tm—电动机的电磁转矩(M·m);nM—电动机的转速。

这个公式表明电机的转速下降了，系统消耗的功率也就下降了，所以，能否拖动系统的平均速度下降，便是系统能否具有节能空间的基本标志。当电动机在额定转速下运行时，如果负载转矩等于额定转矩的话，则电动机的输出功率等于额定功率，如果平均速度下降至电动机的相对值为0.6的话，则输出功率绝对值为0.6，与额定转速时相比，节约电能达到40%。当电动机在额定转速下运行时，负载转矩等于额定转矩，风机所消耗的电功率等于额定功率，如果平均速度下降至0.7的话，则负载转矩减小为0.72为0.49，而输出功率则减小为0.73 为0.35，与额定转速相比，节约电能约为1.0 －0.35=0.65，即，节约电能65%。所以，变频调速在调速过程中，并未增加额外损失，是最节能的一种调速方式。

3 变频器节能效果分析

变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

变频不是到处可以省电，有不少场合用变频并不一定能省电。作为电子电路，变频器本身也要耗电(约额定功率的3－5%)。一台1.5匹的空调自身耗电算下来也有20－30W，相当于一盏长明灯.变频器在工频下运行，具有节电功能，是事实。但是他的前提条件是:一是大功率并且为风机/泵类负载;二是装置本身具有节电功能(软件支持)三是长期连续运行。这是体现节电效果的三个条件。

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。从理论上讲，变频器可以用在所有带有电动机的机械设备中，电动机在启动时，电流会比额定高5－6倍的，不但会影响电机的使用寿命而且消耗较多的电量.系统在设计时在电机选型上会留有一定的余量，电机的速度是固定不变，但在实际使用过程中，有时要以较低或者较高的速度运行，因此进行变频改造是非常有必要的。变频器可实现电机软启动、补偿功率因素、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且能给设备提供过流、过压、过载等保护功能。

4 全面评价变频调速的经济效益

4.1 故障减少的效益直流电动机电刷和换向器是最大的薄弱环节。同步电动机有电刷和滑环，也是薄弱环节。绕线转子异步电动机有电刷和滑环，也是薄弱环节。电磁调速电动机也有电刷和滑环，也是薄弱环节。

4.2 设备寿命延长的效益彻底消除供水系统中的水锤效应，水泵工频起动的动态转矩，机械的磨损减少，易损件不再易损，卷取机械的磁粉离合器等易损件取消。起重机械的制动闸皮、操作杆等配用件的寿命延长了。

5 结束语

随着科技的进步技术的革新，国家大力开发新能源技术，机电技术的发展也将是一个突飞猛进的改革。煤矿企业要大胆创新，积极推广新工艺、新技术、新装备，将带来前所未有的效益。