基于变频节能技术在煤矿机电设备中的应用

王 强

（阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司，山西 寿阳 045400）

引言

煤矿资源在我国的蕴含总量巨大而丰富，特别是浅层地表中蕴藏着巨大的矿产资源。因此，煤炭企业在我国经济中扮演着重要的角色，煤炭在我国的某些省份已经成为奠定经济发展的主要基石［1］。但是，目前我国煤矿井下现场状况令人堪忧，不但工作效率较低，而且耗电严重。在国内煤企中，煤矿井下 “四大件”的耗电量占总耗电量的60%以上，更严重的是大部分电能都被浪费掉。另外，我国很多年产在50t的中小煤矿，综采综掘技术还处于较低水平，矿工的生命安全得不到有效保障，并且煤矿的产出率低、污染大，同时还消耗了惊人的电能。随着我国煤炭科技工业的迅速发展，变频技术以可靠的调速性能和卓越的节能效果，大幅提高煤矿设备的自动化程度，因而，变频节能技术被广泛应用于我国煤矿生产，成为节约电能和保护环境的有效手段。

1 变频节能技术的基本原理和发展

变频技术主要指通过改变交流电频率的方式，达到对设备的控制自动化，是现代化无附加转差损耗的调速方式。使用变频技术，可通过机电设备负载段变化值，在系统前段设定设备的参数值，改变设备的运转情况，以期提高机电设备的运转效率。

式中：n为电动机转速；f为频率；p为电机级数。

n一定时，改变f，可改变n。当f在0～50Hz的范围内变化时，n调节范围很宽。变频调速就是根据这个原理，通过改变电动机电源频率来实现调速的。

由于煤矿井下的环境比较特殊，瓦斯、煤尘等作为主要易燃易爆物质，具有一定的危险性，变频节能技术并没有轻易在井下环境中应用。随着科技发展，变频节能技术逐渐被应用于机电设备中。采用了变频节能技术的设备，可以使得设备运转效率大大提高，在很大程度上节约了电能，同时还节省了用于设备维护的支出，提高了矿业公司的经济效益。所以，变频节能技术能够显著改善煤矿机电设备的性能。

2 变频节能技术在煤矿井下机电设备中的应用状况

节能优势随着变频技术的发展而发展。变频技术已被煤矿井下机电设备所使用。煤矿机电设备作为井下主要的耗能设备，应该重点研究节能变频技术，变频节能技术在煤矿四大件等机电设备中的应用最为广泛［2］。

2.1 立井提升变频节能技术的应用

在井工生产矿中，立井提升设备发挥着重要作用，使用变频节能技术实现数控技术应用，可以在地面对提升设备远程操控，保证提升设备完成矿井生产任务。

变频技术在立井提升中主要以可控制编程控制系统和高压变频调速控制系统为主。把单元串联多电平能量回馈型四象限高压变频控制系统作为在立井提升中的核心部件，可以有效提升系统的通讯能力，将系统的抗干扰性和安全性大幅度增强，在提升过程中使各种功能可靠性能大幅增强，使得立井提升系统的安全性大大增强。

2.2 掘进机中变频技术的应用

掘进机变频调速系统随着变频技术的发展有了广泛的应用，使用大功率电机和变频技术在掘进机的控制部分中，可实现截割部件根据实际工况水平调节输入电流从而实现软驱动，对掘进机的截齿旋转速度根据煤岩软硬程度可调节变速，它适用于各种工况地质条件工作面掘进开采。掘进机交流变频调速系统是未来发展的必然趋势，与国家节能减排的基本国策相适应，它的科技含量高、运行安全可靠，性能稳定、节能环保，有着显著的社会经济效益。

2.3 带式输送机中变频技术的应用

带式输送机运煤及运矸石的过程中，由电动机输出动力，摩擦阻力作为主牵引力，使皮带在支撑辊轮上依靠摩擦阻力和皮带表面张力变形传输动力，起到运煤、输送物料的作用［3］。我国煤炭企业使用带式输送机工作时，常利用工频拖动来实现对带式输送机的软启动，容易出现机械电气部分如皮带断裂老化等情况。采用新节能技术后，可以有效降低启动电机时大电流冲击，减少设备过热等情况。可以在保证带式输送机设备基本功能的同时避免事故发生，这样可以有效降低企业的运营成本，大幅提高企业的效益。

2.4 煤矿井下空气压缩机中变频技术的应用

在我国井下的巷道掘进中，使用以压缩空气为动力的凿岩机、耙斗装岩机、风钻为掘进设备的生产工艺。空压机是井下生产的主要设备之一，空压机可以设置在地面或井下，设置在地面为中小型空压站，使用一般电气设备进行控制。煤矿井下使用的空压机分为往复式和螺旋式，但使用机械式压力调节装置虽然可以起到对压力的调节作用，但其压力调节精度较低，而且压力的波动范围较大；空压机总在额定转速下运转，对机械设备磨损强度较大，耗能非常严重。通过使用变频调节技术，可以实现无极调速，可以对空压设备实现自动控制，无需改变空压机设备的原始结构参数，而且变频设备改进安装量较小，投入资金较小，为煤矿企业安全生产提供了行之有效的保障。

3 变频节能技术的发展要求

煤炭企业现代化矿井建设发展要求变频技术等一系列先进技术在煤矿行业中的广泛应用，发挥了无以伦比、不可替代的作用。因此采用变频技术来节约能源利用是当今乃至今后长期内一个必然的发展趋势。由于煤矿生产的特殊环境和对安全的特殊要求，变频技术在井工中应用较晚。随着市场经济的发展，煤炭企业的节能降耗增产增效以及绿色低碳开发已经提到了议事日程，因此对设备的改造更新势在必行。煤矿井下开采环境恶劣，空气中富含大量瓦斯、粉尘等易燃易爆成分，所以市场上符合煤矿安全要求的隔爆型变频器并不多，因此需要广大工程科技人员和相关企事业科研院所大力协作研发更多符合井下要求的该类型产品［4］。

4 结语

我国是世界上的产煤大国，同时也是吨煤电耗量最高的国家之一，因此需要走低能耗高产出的发展之路。煤矿生产中，四大系统占主要生产系统耗电量的60%以上，是井下的主要用电系统。通过变频节能技术可以有效地实现节能减排效果，使企业得到较好的经济效益和社会效益。近年来我国煤企生产事故多发，通过对这些老旧设备进行先进的生产工艺技术革新换代，对设备进行变频技术推广与新技术改造，可以提高我国现代化矿井建设的发展进程，保证矿井安全生产，又可以节能降耗，提高经济效益，为目前煤矿市场疲软、煤炭经济下行等客观状况提供有力的推动作用，为煤企转亏为盈做好企业自身的准备工作。

［1］ 董建强.煤矿变频调速与节电技术研究［J］.能源技术与管理，2010（6）：10－12.

［2］ 李宏晓.变频调速技术在煤矿的应用前景［J］.科技信息，2010（19）：54－55.

［3］ 胡崇岳.现代交流调速系统［M］.北京：机械工业出版社，1998.

［4］ 田铁龙.变频调速技术在煤矿企业的推广应用［J］.机械管理开发2003（4）：26－27.