煤矿机电设备中变频节能技术的应用分析

2021-06-26宋科

电子测试 2021年3期

宋科

（淮浙煤电有限责任公司顾北煤矿,安徽淮南,232151）

0 引言

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。本文针对煤矿开采过程中的变频节能技术进行了分析，同时针对该技术的推广和使用给出了相应的建议。

1 变频节能技术的原理

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，这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。如图1所示，为变频器的组成结构图。

图1 变频器组成结构

2 变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。另外，采用变频节能技术之后，相应的设备无需一直工作在额定状态中，降低了对设备的损耗，减少了人工维护和保养的成本，这也是变频技术能够得到推广的主要原因之一。

3 变频节能技术在煤矿企业应用的建议

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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。