煤礦機電設備中變頻技術的應用分析

摘要：能源緊張促使變頻技術在煤礦產業生產中得到重點應用?；诖?，本文強調了變頻技術在煤礦機電設備中的應用優勢，并從礦井提升機、礦用絞車、礦井通風機、皮帶運輸機、空壓機這幾種常見煤礦機電設備入手，闡述了變頻技術在煤礦機電設備中的具體應用，以期為煤礦產業高效、節能發展指明方向。

關鍵詞：變頻技術;煤礦機電設備;節能降耗

引言：煤炭是我國的主要能源以及重要工業原料，煤礦產業是我國的基礎產業，其與國計民生息息相關。而隨著人們對環境保護、能源節約的重視程度逐步提升，降低煤礦產業生產中的能源消耗量成為必然趨勢，是推動煤礦產業可持續發展的必由之路。在這樣的背景下，變頻技術在煤礦產業生產中得到重點應用，能夠到達降低煤礦機電設備運行能耗的效果。

一、變頻技術的概述

變頻技術是一門能夠將電信號的頻率，按照具體電路的要求進行變換的應用型技術[1]?，F階段，常用的變頻技術主要類型主要有：交—直變頻技術（即整流技術）;直—直變頻技術（即斬波技術）;直—交變頻技術（電子振蕩，電力逆變）;交—交變頻技術（即移相技術）。在變頻技術的應用中，變頻器為核心構件，其為將固定頻率的交流電變換成連續可調的交流電的裝置。

變頻技術的基本原理如下所示：變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現對交流異步電機的軟起動、變頻調速、提高運轉精度、改變功率因數、過流/過壓/過載保護等功能。

二、變頻技術在煤礦機電設備中的應用優勢分析

在變頻技術中，對高壓大功率晶體管技術與電子控制技術進行了集成應用，實踐中，能夠改變交流電機供電的頻率和幅值，因而促使其運動磁場的周期發生變化，達到平滑控制電動機轉速的目的。同時，變頻器的體積更小，可靠性更強，因此維修成本有所下降。

對于變頻技術而言，將其應用于煤礦機電設備中，可以實現對電機設備運行的優化，所以也能夠起到增效節能的作用。根據全球著名變頻器生產企業ABB的測算，單單該集團全球范圍內已經生產并且安裝的變頻器每年就能夠節省1150億千瓦時電力，相應減少9，700萬噸二氧化碳排放，這已經超過芬蘭一年的二氧化碳排放量[2]?？傮w來說，變頻技術在煤礦機電設備中有著極高的應用優勢。

三、變頻技術在煤礦機電設備中的具體應用探究

（一）在礦井提升機中的應用

在礦井生產活動中，礦井提升機主要承擔著運輸人員與物資的作用，實際運行中，需要不停的進行啟動與停止操作，也需要結合實際情況展開多次調速。在以往的調速操作中，一般依托檔位切換完成礦井提升機的運行（提升與下降）速度調整。此時，檔位與提升機中轉子上串電阻相連接，促使電路電阻發生變化，以此改變提升機運行速度。但是該方法存在著明顯缺陷，即在電阻發生變化時會消耗大量電能，出現嚴重的資源浪費。同時，電阻也會長時間處于發熱狀態，容易發生損壞。而通過應用變頻技術就能夠避免上述缺陷的發生。在變頻技術的支持下，礦井提升機的調速模式變更為非機械開關模式，且可以使用計算機系統完成對速度變換的精準控制，不僅延長了礦井提升機的使用年限，避免了安全事故的發生，降低了能源消耗，還促使對礦井提升機的遠程控制成為現實。

（二）在礦用絞車中的應用

在現階段的煤礦生產中，常用的礦用絞車形式有三種，即電動式絞車、風動式絞車以及液壓式絞車。受到文章篇幅的限制，本文主要選取電動式絞車展開說明。在傳統的電動式絞車中，普遍使用接觸器控制速度，并應用交流繞線式的電機串聯電阻調節系統。運行中，一旦該電動式絞車的運行環境條件發生改變，則整個系統很容易進入崩潰狀態，最終引發設備故障。同時，這種傳統的管控方式精度較低，綜合性能不高。而通過在電動式絞車中應用變頻技術就能夠緩解上述問題的發生，促使絞車系統的過載能力進一步增強，更好滿足多工況條件下絞車運行需求以及礦井生產需要。相比于傳統控制模式來說，由于引入壓力波動，因此基于變頻技術的控制模式更為精準，綜合性能更強，可以更好的完成輸出功率、頻率的精準調節。

（三）在礦井通風機中的應用

對于礦井通風系統而言，其普遍能夠在存在較大通風阻力的情況下實現平穩運行。但是，在實際的礦井生產中，需要引入的通風設備數量較多，因此存在大量的電能消耗，且管理難度、工作量、繁瑣程度明顯增加。傳統的礦井通風機一般依托變化葉片安裝角實現通風機工況點的調節，需要的時間較長且便捷程度不高。在特殊情況下，甚至會發生通風機突然停止運行的故障，而此時一旦開啟通風機，電網中會瞬間涌入大量電流，威脅其他煤礦機電設備的正常運行。通過在礦井通風機中引入變頻技術就能夠避免上述問題的發生。在變頻技術的支持下，原有的依托變化葉片安裝角調節通風機工況點的模式轉變為依托電壓頻率變化調節通風機運行，避免了電壓對礦井通風機運行產生影響，提升通風機的運行穩定性與可靠性，并延長其使用年限，也促使降低電能消耗成為現實，維護礦井生產經濟效益。

（四）在皮帶運輸機中的應用

皮帶運輸機在礦井生產中承擔著將煤炭運輸至地面的任務，結構相對簡單且運輸能力強，因此得到廣泛應用。在傳統的皮帶運輸機中，主要使用單片機控制器對其運行情況進行控制，雖然能夠起到一定的保護作用，但是在開機過程中由于通過較大電流，所以會出現嚴重發熱問題，不利于皮帶運輸機的正常運行。而通過在皮帶運輸機運行中應用變頻技術就能夠避免上述問題的發生。在變頻技術的支持下，當皮帶運輸機開機時，變頻器會將頻率控制在較低水平，實現對皮帶運輸機的保護，降低由于沖擊電流過大而引發設備老化的問題發生概率，維護皮帶運輸機的運行安全可靠性。

（五）在空壓機中的應用

在傳統的空壓機中，普遍應用轉子串電阻啟動、直接啟動的形式，引起較大的初始電流，威脅著電網與空壓機設備的安全水平，且產生的能耗較高。同時，一般使用開環控制的方式，啟動設備與電動機的操作頻繁，難以實現恒壓供風，增大空壓機的運行能耗。通過應用變頻技術，可以為空壓機提供開環手動調節、壓力閉環控制這兩種控制模式，促使結合差值自動調節空壓機轉速成為現實，達到降低空壓機運行能耗的效果。另外，變頻技術還可以對空壓機的工作頻率進行實時監控，在壓力、溫度等運行參數超出限定值時，能夠控制空壓機自動停止運行。

總結：綜上所述，變頻技術在煤礦機電設備中有著極高的應用優勢。通過在礦井提升機、礦用絞車、礦井通風機、皮帶運輸機、空壓機中應用變頻技術，能夠達到降低煤礦機電設備運行能耗的效果，實現煤礦機電設備運行安全性與穩定性的提升，推動了礦井生產的技術升級。

參考文獻：

[1]趙志紅.煤礦機電設備存在的問題及變頻技術的應用[J].中國石油和化工標準與質量，2020，40（09）：41-42.

[2]吳仲強，裴德勝，孔令龍.關于煤礦機電設備中變頻技術的應用分析[J].科技傳播，2016，8（11）：206-207.

作者簡介：

畢方（1988.07—），男，布依族，貴州羅甸人，大學本科，助理工程師，研究方向：煤礦機電設備。