煤礦機電設備中變頻節能技術的應用分析

宋科

（淮浙煤電有限責任公司顧北煤礦,安徽淮南,232151）

0 引言

隨著我國對環境保護重視力度的加大，國內針對礦產開發行業的要求也更加嚴格，不僅有嚴格的審核制度，同時開發與治理的協調政策更是給礦產開發企業帶來了巨大的壓力。這些環境保護政策對于我國的可持續發展有著巨大的好處，不僅能夠倒逼企業提高開采效率，同時還能夠降低對周圍環境帶來的污染，對于產業結構調整和人民生活水平的提升有著巨大的幫助。但是，在這個過程中，礦產開采企業也面臨著結構調整和轉型的壓力，必須在保證規范開采的過程中進一步降低開采成本。這些問題在煤炭開采企業上表現最為明顯，我國煤炭開采企業眾多，如果無法降低開采成本，那么在激烈的市場競爭中將難以獲得足夠的發展空間。而開采過程中除了設備成本之外，最大的成本壓力便是耗電量。開采過程中機電設備大多數不間斷工作，其耗電量之大或許很難想象。所以，要想提升企業的利潤率，必須發展節能技術。本文針對煤礦開采過程中的變頻節能技術進行了分析，同時針對該技術的推廣和使用給出了相應的建議。

1 變頻節能技術的原理

煤礦開發企業中的機電設備有很多，比如采煤機、提升機、輸送機以及流體負荷設備等。一般的機電設備如果直接接在供電線路上會持續工作在額定狀態，煤礦開發行業中，相關的機械設備往往處于一直運行的狀態，但是煤炭開發過程中可能會存在一些設備空閑的狀態，當空閑的過程中如果設備仍然處于額定運行，此時就會增加設備的功耗，并且這些功耗并沒有進行有意義的做功。同時長時間處于工作狀態的機電設備就會增大故障的機率，無形中又增大了企業的成本。

而隨著現代科技的發展，變頻設備開始得到了應用。在工作過程中，變頻設備將進入的供電頻率進行改變，以此來調節設備的運行速度。我們都知道，正常供電系統中頻率是無法改變的，但是變頻設備能夠把50HZ工頻交流電轉換為直流電源，并把它送到逆變器（大功率晶體管開關組合），又稱功率模塊，為其提供工作電壓；同時外部設備的檢測參數能夠通過微處理器運算，產生一個控制信號（一般為PWM脈沖信號），也送入逆變器。然后由三相逆變器將直流電轉變為頻率可調的三相交流電（合成波形近似正弦波），驅動機電設備的運行。這種控制方式能夠根據外界的工作環境對供電頻率進行實時調節，利用調整頻率的電能去改變設備的運行速度，這樣就能夠在設備閑置的過程中降低其運行速度，進而起到降低設備能耗的目的。如圖1所示，為變頻器的組成結構圖。

圖1 變頻器組成結構

2 變頻節能技術在煤礦企業的應用現狀

煤礦企業是一個較為特殊的行業，在該行業中，相比于開采成本，企業更加重視工程安全。而變頻節能技術在煤礦開采過程中的應用相對較少，所以煤礦企業并沒有輕易的引入變頻節能設備。但是隨著現代科技的不斷發展和成熟，一些煤礦企業也開始嘗試該技術的推廣和使用。在這些設備應用了變頻技術之后，不僅能夠大大節省開采能耗，同時還在很大程度上改善了設備運行的性能，機電設備的使用效率得到了明顯的提升。另外，采用變頻節能技術之后，相應的設備無需一直工作在額定狀態中，降低了對設備的損耗，減少了人工維護和保養的成本，這也是變頻技術能夠得到推廣的主要原因之一。

3 變頻節能技術在煤礦企業應用的建議

3.1 變頻節能技術在煤礦提升機上的應用

提升機和傳輸級是煤礦生產企業中使用頻率和作用有相似的地方，一方面，這兩種設備本省工作環境相似，另一方面，這些設備自身有調速的需求。提升機在進行提升的過程中需要進行速度的調節，而傳輸設備也需要進行調整。但是以往對設備進行調速往往采用串電阻的調壓調速方式，雖然這種方法能夠調整速度，但是其本身增加的電阻也會產生較大的能耗。通過變頻技術能夠將公頻電壓進行頻率調整，通過調節供電的頻率進一步調整設備運行的速度。如今這種控制也變得更加智能化，將電機控制過程中的相關變化量作為控制型號，利用微處理器進行處理，能夠使得變頻設備按照條件的變化自動調整電壓頻率。而在傳輸設備上，變頻設備以往使用的液力偶合器實現對設備的軟起動，但是這種方式會加速設備的老化和損壞。而變頻設備可以保證設備啟動過程中電流的變化幅度很小，降低了對電機設備的沖擊，在節能調速的過程中也延長了設備的使用壽命。

3.2 變頻節能技術在提升和傳輸機采煤機上的應用

我國四象限運行的交流變頻調速采煤技術是一種能量回饋型技術，該技術水平位于世界前列，我國生產的電牽引采煤機運行功率可達2×110kW，變頻電壓可達380V，可以在額定轉速以上進行恒定轉矩調速，并實現兩臺變頻器之間的轉矩平衡和主從控制，也可在額定轉速下進行恒定轉矩調速。四象限變頻器調速電牽引采煤機在實際運行過程中，在大傾角工作面，對制動力矩進行調節時，其可調節的范圍較大，且牽引速度基本上保持不變，無下滑跑車的情況，控制操作較簡便，可靠性較強。

3.3 變頻節能技術在煤礦流體負荷設備上的應用

在流體負荷設施中應用變頻技術主要是對泵和風機進行變頻調速。變頻調速技術在風機中的應用逐漸增加，且科研人員專門研發出了適合煤礦開采特殊環境的變頻調速設備。風機經過改造后，其實際運行轉速顯著比改造前小，而改造前前導器半關閉的風壓、風量是改造后風機實際運行輸出功率的3倍，這種性能更適宜應用在煤礦開采工作中，極大地節約電能。在給液用泵、礦區給水中應用變頻節能技術后，能夠很好的對該設備進行變頻調速，加強了生產工藝系統的控制力度，提高了控制的靈活性，有利于產品質量的提高。變頻節能技術的應用提高了抽水泵控制的靈活度，使抽水泵能夠實時加減速、平滑起停，且使井下液位保持固定值，縮短了泵空轉時間，減少了抽水泵頻繁起停而消耗的電能，降低了機械設施損耗，有效提高了生產效率。

4 結束語

煤礦開采企業面臨著較大的發展成本壓力，要想企業在未來發展過程中獲得更加廣闊的空間，必須針對開采工作進行成本管理。通過使用變頻設備，能夠極大的降低開采過程中機電設備的用電量，從而在很大程度上降低煤礦開采過程中的成本。對于企業未來的發展有著巨大的推動作用，也能夠為企業贏得市場中的主動權。