煤礦機電設備變頻節能技術探討

劉艷春　盧尚工

摘 要：我國幅員遼闊，有著豐富的煤礦資源，受經濟發展需要，煤礦開放依舊是我國重要的經濟活動之一。在煤礦開發中需要應用到大量的機電設備，基于提高生產安全性的目標，舊的機電設備需應用變頻技術進行改造，新的設備從設計之初就引入了變頻技術。從實際的工作經驗來看，變頻技術的應用也的確提升設備運行的安全性，且也很好低契合了國家節能減排的要求。文章則對煤礦機電設備變頻節能技術探討。

關鍵詞：煤礦；機電設備；變頻節能技術

在很長的一段時間內，煤礦資源是支撐國民經濟不斷向前發展的重要力量。隨著環境的惡化、煤礦資源的消耗以及煤礦安全事故的頻發，亟待引入新技術來提高煤礦生產的效益和安全性。在這種大環境下，變頻節能技術得到推廣應用，應用變頻技術對機電設備進行升級改造，實現了生產效率和安全性的雙重提升。

1 煤礦機電變頻節能技術的發展現狀

煤礦的安全問題不僅是生產問題，也是社會問題，在制約煤礦生存和發展的同時，也影響著社會的健康與和諧，所以說提高煤礦生產的安全性具有重要意義，這也是應用變頻節能技術的目標。不過，變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用并不是一帆風順的，在變頻技術出現之初，受技術條件的限制，變頻節能技術并沒有貿然引入變頻技術，隨著變頻技術的發展及成熟，其在煤礦生產中應用才普及開[1]。變頻技術最早應用于采煤機、皮帶輸送機、提升機、空壓機等，經過一段時間的應用，我們發現應用變頻技術改造后的設備，其能耗遠低于、效率遠高于改造前，且設備更不容易磨損，實現了經濟效益和社會效益的雙重提升，從另外一個側面也說明變頻節能技術能提高煤礦機電設備的性能。變頻技術的應用，使得交流電的固定頻率成為一種能被機電設備充分利用的變動資源，這是其與傳統的交流電最大的不同之處，具體表現為（1）從IGBT、GTR基礎上發展起來的智能功率模塊IPM能增加變頻的功率。（2）采用了矢量控制和轉矩控制，通過改進壓頻比（U/f）來擴展變頻節能技術的應用范圍，使得控制理論進一步向前發展。（3）革新了模糊自優化控制和人工神經網絡，促進了數字信息處理技術的向集成化發展，使得，完成了技術的跨越發展，從單片機發展為高級專用集成電路（AsIc）、精簡指令集計算機（Iuse）、數字信號處理器（DPS）。（4）變頻技術的應用不僅提高了調速功能，還逐漸發展出編程序參數辨識、通信等功能。

2 煤礦機電設備變頻節能技術的具體應用

2.1 變頻技術在提升機中的應用

提升機是煤礦生產應用的合理設備之一，承擔者輸送人員和物料的任務，其運行的安全性直接關系到生命財產安全。在很長的一段時間內，為了實現傳送速度的控制，電動機轉子電路會使用金屬電阻，盡管調速的目標得以實現，但該種方法存在電能消耗更大、安全隱含依舊存在的問題。變頻技術的的出現與成熟很好解決了上述問題，應用變頻技術后可配合應用提升機的變頻防爆提升機與交流四象限變頻調速系統[2]（如圖1），輔助用計算機即可完成對提升機的數學信息化控制，繼而實現了提升機的遠程控制，不僅提升減少了對電能的消耗，還提升了提升機運行的安全性。

2.2 變頻技術在采煤機中的應用

隨著變頻技術的發展與成熟，采煤機變頻調速系統以從前的“一拖二”升級至“一拖一”，越來越成熟完善。國產電牽引采煤機的變頻器電壓是380V，最大行走功率為2×100KW，能在額定轉速、恒定轉矩調速下實現臺變頻器之間的轉矩平衡和主從控制以及恒定功率調速。從具體的應用情況來看，對于傾角較大的工作面，采煤機如果采用四象限變頻器調速電進行牽引可對制動力矩進行大范圍的調節，保證了即使不增加牽引速度機器也不會出現下滑跑車的現象[3]。總的來說，采煤機應用變頻技術后，除了結構能進一步簡化，還具備控制靈活、操作方便、速度調節可靠的優點。

2.3 變頻技術在皮帶輸送機中的應用

變頻技術在皮帶輸送機、提升機的應用原理相同。皮帶輸送機主要任務是運送井下煤炭，在這個過程中煤炭受到向下的重力，垂直皮帶的彈力以及與皮帶運動速度相同的摩擦力，其中垂直皮帶的彈力與皮帶張力大小相同，方向相反，使得皮膚能被支撐輥輪帶動，而皮帶運動速度相同的摩擦力使得煤炭不從皮帶上滑落，繼而完成煤炭的向上輸送。在很長的一段時間內，皮帶輸送機主要采用液力耦合器進行啟動，其主要問題是這種啟動方式會加速皮帶的老化和斷裂，影響媒體運輸。變頻節能技術的應用，機電內的沖擊、機械發熱等現象明顯減少，電機啟動時電流也更加的穩定，使得運輸更加的同步及運輸功率更加平均，極大地提升了皮帶機的傳送功能。

2.4 變頻技術在流體負荷設備中的應用

風機、泵是最主要的流體負荷設備，其對變頻技術的應用最具有代表性。由于變頻技術的優勢較為明顯，目前絕大數風機都采用變頻調速，甚至出現了能適應特殊煤礦環境的變頻調速裝置。在同樣的工況下，經變頻技術改造后風機的最低轉速明顯低于改進前，不僅減低了企業的電費支出，還使得風機更加適應礦井特殊的工況。在礦區給水、給液用泵中變頻調速同樣具有廣泛的應用，極大地提升工藝系統控制的靈活性，減低了設備的機械沖擊，這使得設備的使用壽命更長[4]。此外，抽水泵使用變頻技術后，其平滑起停、加減速的控制將更加地靈活，減少了頻繁起停和泵空轉時間，避免了電能的消耗和設備的磨損，同時也可使得井下液位處一直處于恒定狀態，這減少能耗及設備維護費用的基礎上提高了煤礦作業的效率和安全性。

3 煤礦機電設備變頻節能技術的發展前景

由于節能、安全，煤礦機電設備應用變頻技術是未來煤礦行業發展的整體趨勢。隨著變頻技術的發展以及我國經濟的騰飛，變頻節能技術已在在煤礦機電設備中得到廣泛的應用，但其仍具有較大的應用前景。這是因為我國仍舊有許多煤礦要開發，且機電設備的種類和數量也越來越豐富，這就使得變頻節能技術有較大的可能應用于新的機電設備。此外，基于提高舊設備利用率的目標，許多老舊設備需要應用變頻技術進行改造。總的來說，在煤礦的大量開發以及機電設備大量應用的大環境下，變頻節能技術在未來依舊有著廣闊的應用前景。

4 結束語

提高生產效率、確保生產安全是煤礦生產最基本的要求，缺一不可。隨著經濟發展，我國對能源和資源需求越來越大，提高煤礦生產效率是確保我國能源安全的重要舉措，所以說我們應盡可能提高機電設備的性能，除此之處還要確保設備運行的安全性，變頻節能技術的應用同時解決上述兩個問題。文章首先論述了變頻節能技術的發展和應用現狀，接著論述其在煤礦機電設備中具體應用，并在最后展望了其未來的應用前景。

參考文獻

[1]董維新.我國煤礦機電設備變頻節能技術的應用[J].科技創業家，2011（1）：148.

[2]孔偉.關于煤礦機電設備變頻節能技術的研究[J].科技創新導報，2012（8）：86-86.

[3]但翔.我國煤礦機電設備變頻節能技術的應用現狀[J].城市建設，2010（21）：397.

作者簡介：劉艷春（1971，1-），女，漢族，內蒙古包頭人，內蒙古科技大學材料學碩士，講師，研究方向：金屬材料。