煤矿机电设备中变频节能技术的应用研究

张 倩

（三门峡职业技术学院，河南三门峡 472000）

0 引言

随着社会科技发展，安全节约生态理念的提出，对传统煤矿行业的转型发展提出了较高要求，尤其是一些存在更多安全隐患的小型煤矿企业，如何在生存环境日益复杂的前景下突破创新，实现企业的转型式发展，有效降低企业生产中存在的能耗问题，提高煤矿行业的生产质量与生产效率。实践证明切实提高变频节能技术的应用水平，会取得显著成果，因此对变频技能技术在煤矿行业中的应用研究有着重要的现实意义。

1 变频节能技术

1.1 变频节能技术简介

对于这一概念的简单理解就是指变频节能利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，这种装置有利于将原本设置的固定频率调整为用户实际所需的频率，通过这一操作从而达到降低设备运行中所需能耗的目的。该项技术中的核心装置就是变频器，分别由控制部分、逆变器、中间直流部分和整流晶闸管等4 部分组成。由于煤矿行业中的煤矿机电设备各电机因实际负载的任务不同而发生频率之间的相互转化，因此通过安装变频器来实现对发动机工作的频率的调节控制，极大的减少不必要能源的消耗，同时还可以减少电机损耗问题，实现各项设备性能的良好优化。

1.2 变频节能技术的应用原理

变频器在实际起作用的工作中，其中的交流工频电源借助整流器就可以将电压、频率不可调节的交流电而直接转化为直流电，在此之后在一系列运行指令的实际控制之下，达到对电源频率以及幅值实现控制，在此基础之上借助逆变器将直流电有效转化为煤矿电机工作时所需要的电压和频率可以进行调节的交流电开始工作。在实际生产中，为了最大限度的保障输出电流的安全可靠性，建议在变频器上安装一些如噪声消除器或是自动性的空气开关等辅助设备。

2 煤矿机电设备中变频节能技术的应用分析

变频节能技术在煤矿机电设备中的应用的主要功能就是可以有效降低设备运行中所需的能源消耗，同时达到对运行设备的保护效果。因此这一技术在各种工业生产行业中获得了大力的普及与应用，对促进煤炭行业的发展具有现实的重要意义。

2.1 变频节能技术在泵方面的应用

煤矿企业在实际生产过程中，一般都是采用通过对网管闸阀的开合度调节控制来实现对生产中所需的水泵流量的控制，这一操作方式的主要目的就是泵的实际转速固定不变的情况下，对水流量的控制也是一定的。针对这种情况煤矿中的水泵电机实际上还是处于不断的运转过程中，长期以往这是一种非常不经济的方式，如果将变频节能技术应用在机电水泵中，结合水泵的流量大小来达到对电机运转速度的合理调控，达到节能降耗的目的不失为一种理想的手段。结合煤炭行业发展的现实情况看，煤矿上所使用的都是大功率水泵，同时使用的水泵数量也多，因此在这项机电设备中引入变频节能技术，对于煤矿企业的发展有着显著的优势效果。

2.2 变频节能技术在皮带传输中的应用

皮带传输系统可以说是煤矿行业中功率较大的生产设备了，因此它的启动工作就需要消耗大量的能耗，它的实际工作原理是指借助电机发动的产生牵引皮带运输，从而实现皮带可以将指定的挖掘材料运输到一定的目的地，这一过程的实现皮带的运转所需的摩擦力是极大的，因此需要电机产生足够强大的电流，其耗电量之高可想而知。我国现阶段所采用的皮带机都是利用液力机来促动皮带运转的，由于液力机在启动的时候需要极大的电流量，可能会引起生产系统的电路的整个变化，对于其他运行中的生产设备有影响，如果出现经常性的这种状况，非常容易影响设备的使用年限，生产的安全性也会大打折扣，针对这种情况非常有必要在该生产系统中引入变频节能技术，专业性的帮助煤矿皮带实施电力启动，确保系统运行的稳定性，不仅有效节约了电量，同时还确保整个煤矿生产设备的安全性，减少生产设备的维修次数以及缓减生产设备的老化问题。着力提升煤矿行业安全生产效益。以某煤矿使用的2×315 kW 的电机带动煤矿运输皮带的系统为例，该煤矿于2015年3月开始将变频节能技术皮带运输系统上，为此在变频器的控制范围之内，整个煤矿的皮带运输系统可以轻松地在（0～50）Hz 任意频率工作。这种方式下的工作效率与以往始终在工频运行情况下对比发现，采用变频节能技术为煤矿企业的发展带来显著效益，在皮带电机额定功率2×315 kW；皮带电机的效率是96%；矿用变频器的效率是96.5%，基于以上数值的基础上，假设该煤矿的皮带运输系统的年运行时间是200 d，同时按照该每天生产系统运行24 h计算的话。根据这些数值就可以估算出该煤矿的皮带运输系统在不同状态下运行所需的实际耗电情况。表1 中的节电量为与工频耗电量相比所节约出的实际电量。

表1 不同运行频率下的耗电量与节电量

2.3 变频技能技术在采煤机上的应用

目前，我国四象限运行的回馈型交流变频采煤技术已经处于世界上较为先进阶段，整个煤矿企业的采煤机变频调速系统已经由原先的一拖二发展到现阶段的一拖一结果，一般国产的采煤机其功率最大的都是在220 kW，380 V 的变频器压完全可以确保采煤机在额定转速下实施快速的运转，同时采煤机的运行情况也会非常稳定，智能化的选择所需的运转速度，这种自行的调节功能即使在机器熄火不运行的情况下，也不会出现滑车的情况。这种安全系数高，自动化灵活性较强的操作，极大的减轻了人力资源的浪费，很好的提高生产效率。

2.4 变频节能技术在提升机中的应用

在煤矿生产过程中，提升机是一项非常重要的机器设备，以往传统的提升机都是在电机中接入一部分的金属的电阻，以此方法来达到对提升机调速的目的，这种传统调速方式存在着较多问题需要注意，一方面是存在安全隐患；另一方面是耗电量大。但是将变频节能技术应用在煤矿提升机工作系统中，可以有效减少很多传统提升机存在的不利因素，精确的控制机电体系中各种线路之间的关系，提升电机运行安全运行速度和平稳运行，减少线路损耗与故障维修次数，更为重要的是对保障煤矿生产行业的工作人员重要作用，所以说相对于以往传统提升机工作实效有着非比寻常的先进性。

2.5 变频节能技术在通风机上的应用

在煤矿开采挖掘中，为了确保井下工作人员的正常作业，煤矿通风机的重要性是不言而喻的，通风机可以说是煤矿生产的重要呼吸系统，一旦出现问题，威胁井下工作人员的人身安全，对煤矿企业造成的损失是不可估量的。现代化工业的生产对煤矿通风机系统的要求越来越高，而通风机的工作原理与之前所述的皮带工作原理有其相似之处，都需要较大的电压电流，因此变频节能技术的引入，在煤矿通风机的使用过程中会减少对整个电网的电力运行冲击，降低能耗的同时通风机的使用应有使用年限也将得以保障，还有效节约了煤矿开采的所需成本。

3 变频节能技术的未来发展

深入调查煤矿井下坍塌事故会发现，大部分是因煤矿生产设备使用不当，或煤矿企业存在不合格生产资质。因此国家对煤矿行业的生产从各个方面开始大力度的整顿，兼并重组，大力度的淘汰一些不合格、无资质的小煤炭企业，在煤炭行业引进新技术新设备。在煤矿行业生产的各个重要部件适时引入变频节能技术如皮带运输系统，提升机，煤矿开采机等。提升其生产效率与生产质量，提高企业发展效益。随着新时代科学技术的日益发展，新的变频节能技术应用在工业生产领域的范围越来越大，从20 世纪80年代人们不断开发创新出PWM 智能模块，该种模块切实提高了变频的功率，功率的增强对于稳定煤矿生产设备稳定性有着较大作用。另一方面就现阶段而言，我国的变频器应用技术也处于世界先进水平，变频器所以实现控制功能，主要是因对失量与转矩两者关系之间的控制。在此基础上关于对变频器的应用相关技术也可以通过对相关理论的查询了解到，较为知名的理论主要有人工神经网络控制理论，模糊自动化理论，等等。我国的变频节能技术，早已从以往的单片机处理方式实现为当下先进的编程控制方式。未来随着科学技术的飞速发展，变频节能这一技术在煤矿机电中的应用前景将会起着重大作用。

4 总结

现在的煤矿行业发展与传统以往的煤矿行业有着重大的不同，人们越来越多的开始关注煤矿开采中的环境保护问题，生产安全问题等，因此煤矿行业的发展面临着严重的发展形式。以加强变频节能技术在煤矿开采机电中的有效应用为主要研究方向，实现煤矿行业的节能减排式发展，确保煤矿生产环境效益的同时，为企业发展带来更为可观的经济效益。