煤矿机电变频控制技术与节能

王峰,冀锋

山东新巨龙能源有限责任公司  274918

摘要：煤矿生产是一种典型的大能耗生产过程，能耗所带来的费用一直是煤矿生产成本的重要构成部分，因此实现能耗的有效降低对于煤矿生产的持续开展和效益提升具有意义重大。在分析变频节能技术及变频控制技术基本原理的基础上，对变频控制技术应用的必要性及其在井下机电设备中的应用进行了分析，希望能够为其他煤矿相似工程的开展提供借鉴与参考。

关键词：煤矿；机电控制；变频技术；节能

0引言进入新时代以来，中国工业生产技术获得快速发展，工业生产规模的不断扩大使得工业生产能耗不断增加，如何在工业生产中通过有效的技术手段提升能源利用水平、降低生产能耗，早已成为工业生产企业普遍重视的问题。特别是对于煤矿企业来说，作为典型的能耗大户，高效节能技术的应用对于煤矿综合效益的提升影响显著。而变频控制技术就是一种十分高效的节能技术，将其应用在煤矿生产中，不仅可以降低能耗，节约生产成本，还可以改善设备运行状态，延长设备使用周期，实现煤矿效益最大化[1]。

1变频节能技术概述变频节能技术是一种借助半导体器件，通过对作业时交流电源频率的调控，实现电源供应与设备能耗的实时匹配，最大程度减少无功功率，达到降低能耗的目的[2]。该技术应用的核心组件就是变频装置，其主要构成部分包括逆变装置、整流用晶闸管、脉冲发生器及中间直流装置等，如图1所示。作业时，通过将变频装置添加入生产设备控制线路中，实现对设备动力组件运行频率的调控，从而实现对生产设备运行速度的控制。而对于煤矿生产机电设备而言，其不同作业状态下的负载会存在较大差别，通过增设变频装置使得设备根据不同作业任务输出相应的作业功率，在最大程度上降低能耗，提升设备性能，实现煤矿综合效益的提升[3]。

2变频控制技术基本原理分析变频装置作业时，生产设备运行所需的工频电源首先经过整流装置，通过整流装置的处理，本不可直接调控电压及频率的交流电被转换为直流电，随后根据实际作业状况，对直流电的幅值及频率进行调控，调控完成后再通过逆变装置将直流电转化为煤矿生产设备作业所需的交流电，进而驱动生产设备开展生产作业[4]。一般来说，为确保变频装置运行的高效、安全，还需配设一些相应的辅助装置，比如噪声消除器、空气自动开关等，用于提升电流输出的安全性和稳定性。同时，根据以往工程实践数据汇总分析发现，变频状态下各类设备的运行效率相较于工频状态下均会呈现不同程度的提升。

3变频控制技术应用的必要性分析在以往的煤矿生产中，许多安全事故的出现均是由井下生产运输设备的使用不当引起的。近些年，伴随中国煤矿安全管理力度的持续加大，井下生产设备运行安全标准不断提升。这种情况下，通过应用变频控制技术确保井下设备运行的有效性，在降低能耗的同时最大限度地提升设备运行稳定性和延长设备使用寿命，对于提高煤矿安全性意义重大。特别是随着现代智能技术的发展，变频作业的效率得到了进一步提升，其对煤矿生产综合效率的改变更加明显，不断推广应用该项技术意义重大[5]。

4变频控制技术在井下机电设备中的应用分析

4.1应用于井下提升机中提升机是实现井下煤炭向地面运输的主要设备，运行过程中往往需要进行速度的多次调控，以往传统的电控技术虽然也能够完成这一任务，但其调速安全性相对较低且能耗巨大。通过将变频控制技术应用于井下提升作业中，在有效提升设备运行稳定性的同时还可根据运载货物的不同对速度进行实时调控，这不仅有助于确保物料或人员运输的高效、安全，还能最大限度地减少对提升机各构成组件的磨损，从而显著降低设备运行故障率，进一步增强安全性。目前，专配于提升机上的变频装置已经问世，其具备优良的兼容性，为煤矿生产效益的提升提供了极大的帮助。

4.2应用于作业面采煤机中作为井下煤炭回采的直接设备，采煤机生产故障的发生会直接造成整个生产回采作业面的停运，而通过引入变频控制技术，则可以极大程度改善这一问题。现阶段，中国变频控制技术的应用水平较高，实际应用中借助变频控制技术可以实现采煤机的恒速运行，并且确保不出现下滑跑车等现象，使得作业的有效性大幅提升。此外，变频控制技术的引入也使得采煤控制系统变得更加简洁、快速，操作速度明显提升。

4.3应用于皮带运输中从原理层面来看，变频控制技术在皮带运输中的应用与其在提升机中的应用基本相同。在煤炭运输中，滚筒与皮带间的摩擦力越大，则皮带运输时可承载的重量越大，一次性运输的煤炭量就越多，同时对设备运行造成的压力也就越大。因此，变频控制技术在皮带运输中的应用就是为设备负荷和煤炭运输提供了一个平衡点，从而实现能耗、速度及运量的最佳匹配[6]。过去，为了提升设备运行安全性，多通过液力耦合器进行皮带软启动，但在长时间的使用中极易加速皮带老化，引发断裂。而变频控制技术的应用可以有效降低设备在启动时的电流，从而最大程度规避瞬时启动大电流对设备的损坏，在实现能耗有效降低的同时延长设备使用周期，实现安全、长期回采。

4.4应用于流体负荷设备中在流体变频设备中运用变频控制技术，能够实现对井下风机或水泵运行的变频调速。其中，变频控制技术在风机中的应用，可以大幅降低风机运行的最低转速，实现风机运行能耗的大幅减少，同时提升通风的效率。在井下水泵运行中应用变频控制技术则可以大幅提升水泵操作的效率和灵活性，使得水泵根据井下实际涌水量进行抽排水作业，最大程度降低能耗，避免不必要的能源浪费。

5结语煤矿生产是一种典型的大能耗生产过程，能耗一直是制约煤矿综合效益提升的主要因素之一。因此，在煤矿生产实际中有效运用变频控制技术，通过变频装置的广泛使用，实现井下各项工序作业量与能耗的最佳匹配，以最小的能耗实现最优的作业效率，从而在实现煤矿有效运转的同时尽可能降低能耗，为煤矿生产综合效益的持续提升提供坚实保障。

参考文献：

［1］刘辉.煤矿主通风机节能改造分析及实践［J］.煤矿机械，2019，40(8)：126-127.［2］刘杰.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用［J］.陕西煤炭，2019，38(2)：177-178.［3］成荣杰.变频调速永磁电机在井下大巷带式输送机上的应用［J］.内蒙古煤炭经济，2018(1)：8.