变频技术在煤矿机电设备方面的应用

刘肖飞 范春雷 郝亮

韩城矿业有限公司 陕西省渭南市 715400

摘要：中国煤炭储量巨大，煤炭是中国消耗的第一大能源，对中国社会经济发展发挥着重要作用。但是，中国煤炭生产存在着一定的问题，比如能耗较大。煤矿生产能耗大意味着生产成本高，煤炭的价格便需要相应地提高，价格提高会削弱企业竞争力。因此，节能降耗是提高煤矿企业竞争力的重要途径之一，变频技术便是重要的节能技术之一。

关键词：变频技术；煤矿机电设备；应用

1变频节能技术概述

变频节能技术是利用变频技术实现节能的。变频技术是基于电力电子器件的一种技术，利用变频技术可以改变电流的频率。中国电网电流的频率为50Hz，利用变频技术可以将交流电变成直流电，或者将直流电变成任意频率的交流电。变频装置由交流电源、整流器、逆变器、控制器和驱动电路等构成，利用变频装置可以改变电机的工作频率，进而使电机处于节能状态运转。而传统电源装置不能够改变电机的工作频率，机电设备始终以一种模式运转，不能够随着工作状况的改变而改变，导致机电设备能耗增大，而且也大大影响到设备寿命。利用变频技术可以根据需要灵活地调整机电设备的工作状态，延长机电设备的使用年限，降低机电设备的功耗，进而降低企业的生产成本，提高企业的竞争力和经济效益。

2煤矿生产中加强变频技术应用的重要性

在煤矿资源不断减少的今天，企业面临的竞争压力越来越大。通过对提升机的使用，可以将货物或者人员运送到指定的地点，给开展煤炭开采工作提供必要的便利。随着社会对煤炭资源量的持续增加，浅部煤炭资源的开发量持续增加，资源量持续减少。为了获得更多的煤炭资源，就需要对深部煤炭资源进行开采，开采难度不断增加。因此，为了进一步将提升机的价值发挥出来，降低提升机运行能耗，就需要合理做好提升机运行速度的控制。在提升机运行速度调节的过程中，过去经常是通过在提升机控制电路中安装电阻元件来实现的，导致提升机运行过程中能耗相对较大，对整个工作的开展带来了不利的影响。煤矿企业在实际运行过程中，消耗的电能是非常巨大的，耗电量可以占到煤矿企业生产电量的一半以上。因此，通过提升机的运行效率，对降低煤矿企业生产能耗具有非常重要的意义，还能在这个过程中避免对环境造成严重的污染。通过在煤矿机电设备当中应用变频设备，还可以进一步提升企业竞争力，提升对环境的保护力度。通过合理对变频技术进行使用，还能在一定程度上减少对电能的使用，这是当前煤矿企业非常重要的发展方向，为未来煤矿开采提供动力。煤矿开采具有较大的特殊性，在变频技术实际应用过程中，需要对各种因素综合进行考虑，这样才能将变频技术作用更加充分发挥出来。

3煤矿机电设备中变频技术的应用

3.1矿井皮带输送机变频技术的应用价值

皮带输送机是矿井上下运输的核心机器，其每日运行时间长，运行距离远，消耗功率巨大，传统控制方式无疑会消耗巨大的电能。变频技术的应用可以降低皮带输送机的能耗，而且皮带输送机变频器已经取得飞速发展。现在皮带输送机的变频启动技术已经广泛应用，再配合选用低耗能的变频电机，结合电控系统的变频调速原理，可进一步降低煤矿皮带输送机的能耗。皮带输送机变频技术的应用使得皮带输送机可以自主调整转速，减少空载耗能和启动损耗，效率得到很大的提高。运输同样吨位、同样距离的煤炭，研究利用变频技术来降低皮带输送机的能耗、提高皮带输送机的效率，对于矿井来说具有重大的经济效益，同时在很大程度上能够实现能耗的降低。

3.2变频技术在采煤机当中的应用

变频装置在采煤机当中的应用，可以采用机载系统和非机载系统。机载系统是直接将变频系统安装在采煤机机身上。非机载系统实际将变频系统安装在顺槽当中，这两种方式使用效果差异相对较大。在机载系统实际运行的过程中，其是利用电缆来传递电能的，电能传输效率会更高。通过将变频设备安装在机械装置上，可以更加及时对设备运行状态进行监视，及时发现设备作业当中存在的异常，然后及时采取措施进行处理，避免由于装置故障导致事故的发生。采煤机属于大型设备，其体积相对较大，在运行过程中容易产生比较强烈的震动，如果振动过于强烈容易导致变频装置的驱动信号出现严重的异常，且由于作业环境过于复杂，直接导致设备设计难度较大。非机载系统的变频装置与采煤机分离，且由于机身自身振动影响较小，不存在机载系统运行过程中过于明显的缺点，能够有效保证煤矿挖掘作业的便利性，冷却系统的设计也相对容易。但由于变频设备与采煤机直接通过电缆进行连接。煤矿作业环境相对复杂，在实际作业过程中容易出现电缆弯曲或者电缆接地等，对煤矿安全作业容易构成一定的威胁。非机载系统和机载系统都有各自的特点和应用范围，在实际应用过程中，需要根据实际情况来进行针对性的选择。

3.3变频技术在风机中的应用

根据GB50215—2015《煤炭工业矿井设计规范》要求，矿井通风设备应满足矿井服务期限内各个时期的工况变化需求，并且应在较长时间内高效运行[。同时《煤矿安全规程》也明确规定，应尽早建立地面永久通风系统，但是风机对于整个矿井来说，也属于大功率机电设备，在风机选型时以矿井通风困难时期的最大需求选择，而实际情况是，风机大部分时间不需要工作于额定功率下，因此大大浪费了电能。风机一般为平方转矩负载，根据其特性，轴功率与风机转速的立方成正比，当风机的转速下降时，其输出功率会大大降低，从而也能节约大量的电能。为使风机的转速下降，同时又能满足矿井通风的需求，一般的做法是将变频器引入到风机的控制中，根据矿井需求向下输送新鲜空气，自动控制风机转速，使风机始终工作在最佳风速下。比如通过监测矿井出风口中粉尘、CH4等特征气体的浓度来控制风机转速，当出风口的粉尘、特征气体浓度低时，则降低风机的转速，耗能相较于恒定转速则会大幅下降；当粉尘、特征气体浓度增大达到设定值时，则提高风机的转速，在紧急情况下还可以让风机短时间内超负荷运行，以保证向矿井提供的风量。

3.4在提升机中的应用

在煤矿开采作业过程中，提升机主要用于材料以及人员的运输，在整个矿井运输作业过程中发挥着非常重要的作用。在传统提升机作业的过程中，需要将电阻器接入到转子电路当中，然后通过控制器和接触器来对电阻器进行截流，从而达到调速运行的作用。在实际进行使用的过程中，经常会由于相关因素的影响导致事故情况的发生，如电阻消耗过度、散热量不能达到要求等。在使用电阻进行调速的过程中，其调速范围相对较低，对设备的操作精度造成了直接的影响。在减速机减速的过程中，应该保证系统当中具有低频电源或者直流电源，在电源切换过程中容易导致设备损坏情况的发生，能量浪费问题也相对比较严重，对矿井作业安全效果有着非常直接的影响，对矿井经济发展影响较大。通过将变频技术合理应用到提升机当中，可以从根本上避免上述问题的出现，实现设备运行无极调速，提升设备运行性能，该技术的应用优势主要体现在如下几个方面：一是在对设备运行速度和制动控制的过程中，采用了电气控制系统，能够有效避免电气磨损现象的发生，设备寿命可以得到显著提升。二是如果提升机运行在负力状态下，可以直接通过回馈制动的方式来将能量反馈给电网，在节能能量的同时，还可以保证系统运行安全性。三是控制精度更高。

4结论

随着时代的不断发展，对开展煤矿开采提出了更高的要求。为了进一步提升煤矿机电设备使用效果，可以将变频技术合理应用其中，实现设备运行的连续调速控制，保证设备控制的精准程度，同时降低设备使用成本。

参考文献：

[1]郑朝飞.煤矿机电设备中变频技术的应用研究[J].内蒙古煤炭经济,2020(21):43-44.

[2]张晚忠.煤矿机电设备中变频技术的运用[J].电子技术与软件工程,2020(18):217-218.