煤礦機電設備中變頻節能技術的應用分析

何曉軍

（陜西陜煤銅川礦業有限公司下石節煤礦，陜西 銅川 727101）

現代社會的發展，使人們生活水平提高的同時，對煤炭資源的需求量也日益增長，這使得越來越多的煤礦企業逐步擴大生產規模，通過改造煤礦機電設備來提高原煤產量。當然，煤礦企業在對煤礦機電設備進行技術改造過程中，人們也越來越重視煤礦機電設備的運行可靠性與穩定性。電耗作為煤礦成本中的一項重要構成指標，在煤礦機電設備改造中必須要盡可能降低噸煤電耗量，這對整個煤礦領域的發展有著重大影響。在此背景下，將變頻節能技術應用到煤礦機電設備改造工作中，可使其能源消耗得到大幅降低，進而使機電設備取得更高的運轉效率，有效延長了煤礦機電設備的使用壽命，保證了其運轉穩定性，更重要的是能夠減少煤礦生產成本的投入，從而為煤礦企業創造更多的利潤。

一、變頻節能技術的概念及其技術原理分析

（一）概念

對于變頻技術來說，其是一種將固定頻率的交流電源借助于電子器件進行轉換，以使交流電具備多種不同的頻率。交流電源在進行不同頻率交流電轉化時，其電能變化幾乎可以忽略不計，這種變化主要體現在電流頻率方面。可利用以下數學公式來對交流電動機轉速進行描述，即N ＝60f/p(1－s)。工頻電源在運轉過程中，如果電源頻率升高至50Hz，則電動機的額定轉速也會隨之達到100%，依據電源在頻率上所具有的線性變化規律，并結合頻率調節要求，便可對機電設備進行無級調速。對于煤礦機電設備來說，其軸功率會因轉速的改變而發生變化，而這也為機電設備的節能改造提供了一個新的思路。

（二）技術原理

對于煤礦機電設備來說，其在運行過程中會產生很大功率，而且功率還會出現上下波動，這也使人們可以利用這一特點來對煤礦機電設備進行變頻調節，以此達到節能目的。根據物理學中的流體力學原理可以了解到，機電設備流量和其轉速也是呈現出正比關系的，而設備壓力則和轉速的平方值呈現出正比例關系，這樣便可推斷出機電設備的軸功率和轉速是呈立方比關系的。如果想要機電設備的運行效率保持不變，當其流量下降時，便可通過降低設備轉速的方式來達到該目的，通過運用變頻技術，可使機電設備的軸功率以立方關系下降，這便實現了對電能的節約。當采礦人員直接啟動煤礦機電設備時，則電機在輸出瞬間的電流可達到正常電流的四至八倍，如此強大的電流勢必會給沖擊電網，從而產生母線電壓降低保護動作，這便需要提高電網容量。并且，煤礦機電設備在啟動時，其功率因數是非常低的，這會使系統資源產生不必要的浪費，而通過變頻技術的運用，則可使設備采取軟啟動的方式來提高功率因數，這樣便可減少電網受到沖擊的可能性，從而真正實現節能目標。通過運用變頻技術，因其是采取功率器和濾波電容器觸發的方式來進行頻率調節的，這便減少了無功功率的產生，從而使電網能夠提供更多的有功功率，并由此達到節能目的。

二、煤礦機電設備中變頻節能裝置的類別

（一）礦用變頻器

考慮到變頻器是一種能夠調節機電設備輸出頻率的電子類設備，這能夠幫助機電設備減少運行能耗，從而使機電設備變得更加自動化、智能化，同時相關人員也能夠在遠程操作過程中變得更加便利。

（二）交流四象限變頻器

根據交流電動機在運行過程中的機械性能變化情況，并利用數學軸來進行象限劃分，可將象限分成四個，分別是正轉電動狀態、反轉電動狀態、回饋制動狀態以及反接制動狀態。無論電動機處于哪個象限，其均可正常運行，不過電動機在正傳電動狀態和反轉電動狀態這兩個象限中的運行是以電動狀態存在的，而在回饋制動狀態和反接制動狀態這兩個象限中的運行則呈現出發電狀態，電動狀態和發電狀態的區別在于前者的能量消耗來自電網，而后者則是將能量回饋給電網。有些變頻器能夠在電動機四象限中得以正常運行，對于這類變頻器，也稱為交流四象限變頻器，通過將交流四象限變頻器運用到具備位勢負載特性的電動機中，能夠使電動機隨著系統勢能的增加或減少而實現電動狀態和發電狀態的切換。在沒有應用交流四象限變頻器之前，許多能量都會通過電阻發熱的方式被損耗掉，這便造成了大量能量的浪費，而在應用交流四象限變頻器以后，則可利用逆變回路將電動機的電力逆向輸入到電網中，從而有效減少了電能的損耗。能量在流動過程時，可以通過四象限變頻器中內置的功率模塊來達到雙向流動目的。四象限變頻器中內置了微處理模塊，能防止電網被諧波污染。

三、變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用分析

煤礦機電設備中要想靈活的應用變頻節能技術，就需要做到具體問題具體分析，不同類型機電設備對于變頻節能技術的運用要求是不同的，其具體可以從以下方面著手：

（一）變頻節能采煤機的整體應用

采煤機是煤礦開采工作實施的基礎所在，一般情況下，采煤機有三個核心系統，即電氣系統、液壓系統和機械系統，變頻節能技術應用于采煤機中，主要是對這三個系統進行優化和調整，進而達到采煤機節能的目的。如果從組成成分分類，采煤機又可以被分為截割部、裝載系統、牽引裝置的部分。首先，對于截割部來說，針對礦井下不同類型的工作面其功率要求也有著細微的差異，因此就需要結合具體情況對功率進行調設，比如說采煤機功率比較小的情況下，截割機的功率比較小，那么可能就會導致截割費時費力，進而在無形間增加工作量，造成不必要的能源消耗，應用變頻節能技術，對截割功率進行靈活調整，可以更好地優化切割質量，提高工作效率。針對裝載系統，在應用變頻技術時，則需要結合采煤量對運行功率進行調節控制，要保證裝載速度與采煤速度彼此能夠密切配合，如果裝載速度慢于采煤速度，那么可能會導致大量煤炭資源難以及時被裝載，這樣使得會對開采效率產生影響。針對牽引裝置，關鍵在于對牽引力進行合理的控制，牽引力控制不合理的情況，牽引裝置的功用可能難以有效發揮出來，這樣必將會對設備的有效應用產生不良影響。一般來說，牽引裝置運行期間，牽引力充足的情況下，應當最大限度降低對電力資源的消耗，設備運行時，要控制好運行時間，因為采煤機并非是在所有情況下都需要滿負荷運行的，所以說，在其沒有滿負荷運行的情況下，可以借助變頻技術對負荷進行優化調整，以便更好地延長設備使用壽命。

（二）變頻節能技術在風機設備中的應用分析

在煤礦開采過程中，由于礦井下存在有大量的有害氣體，為了保證煤礦開采的安全性，必須要長時間使用風機對有害氣體進行稀釋，否則的話，這些氣體必將對施工人員的人身安全造成較大的影響，所有煤礦井下工作，風機的使用必須的，其可以對礦井下的空氣進行優化調節，保證井下工作人員的安全。而在井下工作期間，井下空氣環境處于不斷變動的狀態，因此，風機設備在應用時應當使用不同功能，這樣才能更好地發揮設備作用。將變頻節能技術應用于風機設備之中，可以靈活地對風機設備功能進行優化調整，這樣礦井下空氣質量可以得到更好的保障，還可以減輕風機設備運行的壓力，因為如果風機設備長期高功率、高負荷的運行，那么設備損耗幾率就將會增大，而變頻節能技術的應用，則可以有效降低設備損耗。在風機設備應用期間，為了深入了解煤礦內空氣質量是否達到標準要求，還可以嘗試將風機設備與空氣質量檢測設備聯系在一起，實時檢測井下空氣狀況，分析何時需要應用風機設備，然后靈活應用，這樣可以有效的降低能耗。當前，節能變頻技術在風機設備中的應用相對來說還是比較成熟，其在我國大部分礦井內都有所應用。

（三）變頻節能技術在提升機中的應用

在煤礦開采期間，針對礦井類型的礦山，為了保證煤礦開采工作順利實施，提高煤炭資源的開采質量和效率，提升機的應用是必不可少，煤礦提升機的主要作用是將井下煤礦運輸到井上，在煤礦開采期間，提升機通常需要不間斷的運行，但是在其運行期間并非都是滿載的，其一般是滿載與空載交替運行，這種情況下，就可以應用變頻節能技術，針對提升機滿載/空載的不同情況，對功率進行調整，將該技術與智能化操作平臺結合在一起，這樣在滿載與空載情況下提供不同的功率，既可以有效地保證設備運行效率和質量，還能夠降低提升機運行期間消耗的電能，節約能源資源。

（四）變頻技術在皮帶機中的應用

皮帶機是煤礦資源運輸不可或缺的設備之一，其可以持續不斷的將礦山中的煤炭運送到地面，但是在設備具體運行過程中，皮帶機的荷載并非是一成不變的，某些情況下皮帶機的荷載比較高，某些情況下荷載則比較低，但是無論荷載如何變化，其所消耗的電能資源都是相同的，所不同的是高荷載的情況下，電能資源得到了充分利用，而低荷載的情況下，電能資源則被較大的浪費。針對這種現象，當前最為有效的措施就是將變頻技術與皮帶機融合在一起，結合不同的運輸需要，對皮帶機的功率進行優化調整，這樣可以有效的優化皮帶機使用效果。

（五）變頻節能調節下的負載荷設備應用

變頻負載荷技術應用時，可以根據風機、泵的變頻調速過程，關注風機變頻調速技術的整體應用普遍操作。但是要做好該項工作，相關領域的技術人員就應當逐步加強變頻調速設備的研發，重點研發煤礦特殊采集環境之下的變頻設備操作。結合風機運行的轉速操作要求，可以逐步改造調整，優化其整體性能。在改造工作實施之前，需要深入了解風機運行的各項基本情況，調整風壓、風量等，在改造完成之后需要對輸出功率進行檢查和分析，這樣可以有效節約電能資源。在水泵控制調節下，需要對設備進行變頻調速節能處理。結合生產工藝系統的實際控制構成情況來看，在對產品進行調節時，應當提升調節的靈活度，要保證在變頻節能技術的支持之下，水泵可以靈活運用，結合實際需要逐步減少平滑和減速的時間，調整外部環境的受限水平，結合井下的液體位置高度變化情況，最大限度地壓縮水泵空轉時間，這樣做也可以有效減少水泵運行所需的能耗，避免設備在運行期間不必要的損耗，延長設備使用壽命，提升機電設備的整體生產效益，促使煤礦開采更好地推行。

結束語

總而言之，在煤礦機電設備中應用變頻節能技術，能夠切實節約機電設備對電能、水能等資源能源的消耗，從而在保持機電設備穩定運行的同時延長機電設備的使用壽命，降低開采成本，增長礦產開采生產的經濟收益。現階段，我國各類科技發展都處于快速發展的階段，國家層面也對于科技研發、技術實踐予以了大量的財力支持、人才支援。相信在不遠的未來，中國就能成為能源技術應用強國。