煤矿机电设备中变频节能技术的探讨

于继图

（陕西正通煤业有限责任公司，陕西 咸阳 713600）

0 引 言

目前，我国煤矿开采效率不高、耗电严重、安全管理低下等问题越来越严重。“十三五”规划后，煤矿能耗严重的问题被予以高度重视，已然成为社会关注的新焦点。煤矿耗电主要是机电设备，如风机设备、运输机械等。这些机电设备耗电能量占煤矿开采耗能的60%以上，且这些耗费的电能没有被再次利用。因此，煤矿开采节能的关键环节是机电设备节能。

1 变频节能技术简介

1.1 工作原理

变频节能技术最主要的功能是节约能耗。将它运用在煤矿机电设备中，可减少机电设备的能源消耗，使机电设备以最节能的方式正常运转。它的核心元件是变频器，可以将直流电逆变成不同频率的交流电，然后再将交流电逆变成直流电，优点是仅有电流频率的改变，在转换过程中不会消耗电能。

1.2 变频器主要内容

变频器是可将主频电源逆变为另一频率的电能控制装置，主要利用了电力半导体元件的通断作用。半导体是指常温下导电性能介于导体与半导体之间的材料，其导电性可被人为控制，电阻率处于绝缘体与导体之间。当温度升高时，电阻率指数减小；当温度降低时，电阻率增大。变频器是将固定电压和频率的交流电逆转成可变交流电的控制装置，逆转过程可分为两步。第一步是将三相或者单相交流电转变为直流电，第二步是将转换后的直流电转变为三相或者单相交流电。电频器在逆转过程中会改变输出频率和输出电压，将电动机运行曲线平行下移，启动重载负荷，节约电机运行耗费的电能。变频器的优点是变频性能良好，缺点是造价成本高[1]。

1.3 变频器分类

变频器大致可分为三类，分别是电流型、电压型和高低高变频器。电流型在逆变成直流后增加电感元件，使其具有四象限运行功能，有利于电机制动，缺点是必须对逆变桥强行换流，内部结构复杂，调整和维修较为困难，产生的谐波较大，会对电机设备造成一定干扰。电压型在直流环节增加电容元件，导致其不能进行四象限运动，优点是产生的干扰小，缺点是需要增加制动系统，必要时还需增加正弦滤波器，应用较为不便。高低高变压器主要是利用降压、升压的方式控制电压和频率，需要增设降压变压器和升压变压器。

2 变频节能技术在煤矿电机设备中应用现状以及存在的问题和对策

2.1 应用现状以及存在问题

进入21世纪后，数字化技术和智能技术得到高速发展，一定程度上带动了变频节能技术的发展。如今，我国变频节能技术的智能化和自动化程度越来越高，在煤矿中的应用也越来越广泛。但是，由于我国对能耗节约的关注较晚，导致煤矿机电设备变频节能技术的发展缓慢，且落后的技术在煤矿应用过程中存在诸多问题。第一，缺乏规范制度。煤矿企业机电设备变频节能技术相关负责人员相互推诿责任，职权不明确，导致节能效果不明显。第二，煤矿机电设备变频节能技术管理水平低，监督力度弱，导致煤矿机电设备中变频节能技术相关设备无人巡视或者巡视次数少，不能及时发现故障，影响其正常运转。第三，机电设备中变频节能技术自动化程度低且管理混乱，很多工序需要人工完成，容易出现不必要的失误，进而影响煤矿机电设备正常运转，降低了工作效率。

2.2 相关建议

针对以上现状和问题，建议建立并完善机电设备管理规范制度。合理、科学、适合的管理机制和运行制度，是变频节能技术降低能耗的保障。如果缺乏制度的规范，相关技术人员就会相互推诿、玩忽职守，致使变频节能技术不能充分发挥节能作用。首先，明确岗位职责，制定完善的规章制度，确保每一个职工都有自己的工作职责。其次，加强煤矿机电设备管理强度和监督强度。建立并完善巡视管理机制，预防机电设备变频节能系统出现故障而影响正常工作；建立并完善设备检修机制，定期或者不定期检测相关设备，尤其是使用频繁的机电设备，必须增加检测频率并做好记录工作。最后，需要引进先进的科技提高机电设备自动化程度，进而强化管理。虽然变频节能技术广泛应用在煤矿机电设备中，但是很多煤矿企业为节约成本未将其与现代化计算机技术、自动化技术、智能化技术等结合，导致自动化程度低，影响了工作效率和质量[2]。因此，需要积极引进先进技术，提高变频节能技术的自动化程度。

3 变频节能技术在煤矿主要机电设备中的应用

3.1 采煤机

采煤机是煤矿开采的核心设备，集机械、液压、电气为一体，组织结构复杂且庞大。由于地下煤矿工作环境非常恶劣，导致采煤机经常出现故障，给采煤企业造成了巨大的经济损失。但是，利用采煤机进行采煤，可以减少人工劳力，提高采煤的安全性，且机器可日夜工作，提高了采煤的工作效率。随着我国数字化技术和计算机技术的高速发展，采煤机更加智能化、人性化、简单化，采煤故障明显降低。但是，这些高科技的运用都需要耗费大量电能，增加了采煤成本。尤其是近几年，国家提倡可再生能源发展，各行各业开始关注可再生能源，逐渐淘汰非再生能源。煤作为主要的非再生能源之一，市场需求逐渐缩短。为求生存，煤矿企业必须降低生产成本，而节约能耗成为降低生产成本的重要对策之一。为节约能耗，很多煤矿企业开始关注电流型变频器，并将其应用于采煤机，根据采煤机工作实际需要改变电压和频率，使电压和频率始终以最适合采煤机的状态进行工作，从而减少电压和频率过高或者过低产生的能耗，最终实现节能。

3.2 风 机

煤矿开采时间越长，矿井里易爆灰尘和瓦斯等含量越高。如果不通风，很容易发生爆炸。风机是煤矿必备设备之一，主要作用是通风，防止矿井发生爆炸。我国常用的风机设备有防爆型负压风机、轴流式风机和K系列矿用主扇轴流式通风机等。其中，防爆负压风机电机是煤矿防爆型专用电机之一，采用的防爆外壳可避免电弧、电火花和高温的电气部分与周围爆炸性气体混合物接触，防爆性能符合《爆炸性环境用防爆电气设备隔爆型电气设备“d”》和《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》的规定。矿用轴流风机也叫轴流式通风机，不能单独用于煤矿，必须和防爆电机结合才能在煤矿中使用。K系列矿用主扇轴流式通风机具有气动效率高、运转噪音较低、稳定性能好、安装方便、安全可靠、维修容易和节能效果明显等优点，是井下煤矿最理想的机站风机，缺点是价格昂贵[3]。

3.3 带式输送机

带式输送机的主要作用是运输煤矿，即将矿井下开采的煤运到井外。它利用输送带、滚筒、传动装置等产生的摩擦力为驱动力，驱动输送带往井外输送开采的煤。截止到2018年，我国煤矿企业带式输送机仍以电动机为输出动力。传统输送机启动时会产生大量电流，这些电流产生的电能会转化成内能直接耗费掉，因此会造成电能损耗。将变频节能技术应用于输送机后，可将启动产生的过量电流逆转给矿用电网，避免启动产生大量的热量，从而达到节约能耗的目的。同时，大量热能的产生容易烧坏设备，阻碍输送机正常运行，而运用变频节能技术可有效避免这些问题，且可以延长输送机寿命，节约资源并提高运输效率。

3.4 提升机

煤矿提升机实际上是一种大型绞车，由原始的提水工具演变而来。传统提升机是一种大型机械设备。如今，提升机和电子计算机技术融合，已经形成机械、电动为一体的大型全自动重型矿山电动机械设备。它的主要驱动力是电机产生的电能，在工作过程中由于电流不精确或者调速不精确等原因，会造成大量电能损耗。将变频节能技术应用于提升机，可利用其调速功能精准调节电流，控制提升机电机运转速度，从而节约能耗。此外，变频节能技术和现代化先进技术结合后，还具有在线检测、滤波、过载保护等功能，不仅可以节约能耗，还可延长提升机使用寿命，提高工作效率和质量。

4 结 论

变频节能技术随着半导体电子设备的出现而出现，因为节能的优点而不断被应用到各大机电设备中，发展也越来越迅速。在我国，变频节能技术被广泛应用在提升机、带式输送机、风机等机电设备中，节能效果显著。但是，由于我国起步较晚，应用过程中存在规章制度不规范、管理水平低等问题，应针对这些问题建立并完善相关制度和规范，从而实现节能的目的。