關于煤礦機電設備變頻節能技術的研究

摘要：煤炭企業對能耗的控制水平直接決定著其是否能夠有效降低成本、保護環境，以保持其在全行業內的核心競爭力。因此，用電量占煤礦企業用電總量的70%以上的礦井生產系統，其設備的能耗控制就成為了企業節能的關鍵。在這一背景下，變頻節能技術因其優越的調節性能和顯著的節能效果開始被廣泛應用于礦井機電設備的運行控制中。本文從變頻節能技術的原理出發，詳細討論了該技術在不同礦井機電設備中的具體應用方法。

關鍵詞：煤礦生產機電設備變頻節能技術

中圖分類號: TD4 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X(2012)03(B)-0000-00

1 變頻節能技術概述

1.1 變頻技術調速節能的原理

各種機電設備的動力驅動設計中，為使設備不在滿載負荷下運行，通常都保有一定的富余量，但達到動力驅動需求后，其余的力矩會使有功功率的消耗增加，造成電力資源的浪費。為達到節能目的，可調整機電設備的運行速度以降低其軸功率。變頻調速節能技術就是利用電機轉速與電源頻率間的正比例關系，用變頻器將設備的電源頻率改變為可調節式，以實現對電機轉速及功率的有效控制。變頻器電路一般由整流、中間直流、逆變與控制四部分構成，工作中先通過整流器將工頻交流電源轉換成直流電源，再將其轉換成電壓、頻率均可控制的交流電源，最后提供給機電設備使用。

1.2 變頻技術的發展及其在煤礦生產中的重要性

隨著電子科技的進步和發展，目前變頻技術在理論與實踐兩方面都已取得引人矚目的成果，其控制方式的改進、智能功率模塊的普及、以及高級專用集成電路的運用都大大提高了變頻技術的綜合化水平，使其在可靠的調速功能外，還實現了通信、編程及參數辨識等多種實用功能。

近年來，節能減排成為了我國宏觀調控的重點，而煤炭企業作為用電大戶，對其能耗的控制水平直接決定著企業是否能夠有效降低成本、保護環境，以保持其在全行業內的核心競爭力，獲得長期、穩定的發展空間。現階段礦井機電設備的用電量通常可占煤礦企業用電總量的70%以上，因此也就成為了煤礦企業節能的關鍵。在這一背景下，變頻節能技術因其優越的調節性能和顯著的節能效果開始被廣泛應用于礦井機電設備的運行控制中。目前市場上有很多種類和品牌的變頻器，在選擇時應根據設備的實際情況參考變頻器的綜合性能，優選界面友好、控制方式靈活、安裝簡單、操作方便、安全可靠的類型，有條件的還應以大品牌、市場占有率高為選擇標準，以獲得更好的技術支持，為今后的備件更換、變壓器維護和改進提供便利。

2 變頻技術在煤礦機電設備中的具體應用

2.1 在采煤機中的應用

采煤設備具有工作環境坡度大，設備停啟頻繁等特點，普通的兩象限變頻調速常常難以滿足實際工況的需要，因此應結合現有采煤設備的實際工作狀態，提升變頻采煤技術的適用性。目前我國的電牽引采煤機行走功率一般最大為2×110kw，而其變頻調速系統多應用“一拖一”的四象限回饋型變壓器。該系統將整流電路由全波整流橋改為智能功率模塊構成的可控整流器，即將兩象限變頻器改為四象限變頻器，在發電狀態下，原有的逆變電路將與整流電路互換，電機電量回饋到電網，以達到調節的目的。以太原礦山機器集團生產的 MGTY300/730—1.1D 電牽引采煤機為例，開灤集團范各莊礦應用回饋制動的四象限變頻器，在傾角為12°～18°，局部達到25°～30°的采區對大傾角工作面進行了較大范圍內的制動力矩調節，結果可在牽引速度基本維持不變的基礎上明顯達到節能效果，證明變頻器控制靈活、操作方便、速度調節可靠。

2.2 在其他機械動力負荷設備中的應用

提升機、運輸機等其他機械動力負荷設備與采煤設備一樣，具有生產環境不確定因素多、條件復雜、機電設備運行波動大等特點，宜選用四象限回饋型變壓器系統解決其工作效率低下，能源浪費巨大的問題。提升機專用變頻器的品類很多，以國內應用較多的風光J D—BP32—185P 型變頻器為例，該變頻器附有專用控制軟件，在實現全數字化控制的同時具有很高的兼容性能，其完善的輸入輸出接口電路，可幫助操作人員實現遠程控制，降低工作量和勞動強度。而義煤集團通過選用VACON公司與上海申地公司生產的BPJ1—250/660型礦用隔爆兼本質安全型變頻器及控制系統，成功地解決了帶式輸送機啟動電流過大，液力耦合器啟動沖擊過強，易損壞減速機高速軸軸承等問題，將啟動電流控制在額定電流的1.5倍以內，使電機的啟動、加速都趨于平穩，在延長減速機、膠帶接頭使用壽命的同時，還減少了發熱損耗，具有明顯的節能作用。在提升機、運輸機變頻設備的遠程控制中，可通過操作臺選擇不同的電機轉速，或根據工況自定義運行頻率。一旦變頻器發生故障，其關鍵是分析故障原因，找到故障發生的初始點，因此必須在深入了解變頻器構造、原理及運行特點的基礎上，做好變頻器的運行記錄工作，為設備儀器的養護和檢查提供依據。

2.3 在流體負荷設備中的應用

風機和泵等流體負荷設備通常對過載能力要求較低，選用普通功能型通用變頻器即可滿足其運行要求。為更有針對性地促進礦井風機的節能改造工作，目前已有多種為煤礦特殊環境專門設計的風機變頻調速裝置投入使用。在某礦井在風機改造中，將原來JRQ一1510 一10 型高壓繞阻式電機換為J Sl57—10 型低壓鼠籠式電動機，用一臺變頻器控制兩臺電機。改造后電機實際輸出功率為改進前前導器半關閉時的1／3，風量和風壓也更加適合礦井特性。在礦區給水、給液用泵方面，變頻技術的應用也明顯降低了設備的機械沖擊，增加了工藝系統控制的靈活性，提高了產品質量。中國礦業大學的專家利用變頻器和PLC控制器，設計了一套煤礦井下排水泵站的監控系統，該系統中變頻器靈活的控制抽水泵的平滑起停、適時加、減速，保證了井下液位的恒定，降低了泵空轉時間和頻繁起停帶來的大量能耗，并減少了機械設備的相應損耗。

3 結語

我國礦井基數大，機電設備種類多而復雜，變頻技術在煤礦機電設備運行中的應用仍有很大的拓展空間。相關工作者應將變頻技術專業化、網絡化、適應度的提高，作為其在煤礦機電節能中的發展方向，深入推進煤礦行業的節能減排工作。

參考文獻

[1] 羅書豪，李小川. 我國煤礦機電設備變頻節能技術的應用現狀[J]. 中國高新技術企業， 2008， (17) .

[2] 李海燕， 李海寶， 趙汗青， 王學惠. 數字變頻調速技術在煤礦電機中的應用研究[J]. 煤礦機械， 2009， (04) .

[3] 魏建軍. 變頻調速技術在長距離帶式輸送機中的應用[J]. 煤炭技術， 2005， (05) .

[4] 商坤， 王建軍. 變頻調速在煤礦礦井通風機上的應用[J]. 煤礦安全， 2006， (07) .