煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究

摘要：我國的煤炭資源儲量豐富，煤炭資源在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的地位和作用。傳統(tǒng)煤礦采掘通常采用粗放模式，不但會浪費(fèi)很多煤炭資源，還存在較高的危險(xiǎn)性。而將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)中可以有效凸顯煤礦機(jī)電設(shè)備的高效節(jié)能效果。本文主要分析在煤礦機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)的價(jià)值和意義，探討其具體應(yīng)用場景，并提出一些維護(hù)措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦；機(jī)電設(shè)備；變頻節(jié)能

DOI：10.12433/zgkjtz.20232238

煤礦地質(zhì)環(huán)境的多變性和復(fù)雜性特點(diǎn)，導(dǎo)致煤礦機(jī)電設(shè)備故障率高，故障維修難度高，而且頻繁的故障和維修還會縮短機(jī)電設(shè)備的使用壽命。為了充分發(fā)揮煤礦機(jī)電設(shè)備在生產(chǎn)活動中的作用，保證運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性，變頻節(jié)能技術(shù)至關(guān)重要。此技術(shù)可以降低機(jī)電設(shè)備的功耗，延長使用年限，并推動煤炭企業(yè)向能源化和綠色化方向發(fā)展。同時，深入推進(jìn)煤炭企業(yè)的升級和轉(zhuǎn)型，還可提高企業(yè)效益。本文結(jié)合實(shí)際，討論煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用問題。

一、煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用原理

（一）煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用概述

煤礦機(jī)電設(shè)備中的變頻節(jié)能技術(shù)是指通過使用變頻器（也稱為變頻調(diào)速器）控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)能量的有效利用和節(jié)能減排。傳統(tǒng)的電動機(jī)通常只能以固定的速度運(yùn)行，無法根據(jù)實(shí)際工作需求進(jìn)行靈活調(diào)整，造成能源浪費(fèi)和不必要的能耗。而變頻器可以根據(jù)需要調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使其在不同負(fù)載條件下以最佳工作效率運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

（二）煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用原理

當(dāng)前，煤礦機(jī)電設(shè)備中廣泛應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，主要涉及采煤機(jī)、提升機(jī)等設(shè)備。該技術(shù)通過使用變頻器改變電流頻率，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并在控制電路的作用下保持統(tǒng)一的電流頻率，不允許隨意變化，再通過逆變器將直流電再次轉(zhuǎn)換為交流電，確保機(jī)電設(shè)備高效運(yùn)行。應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)能顯著降低能耗，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作，減輕工人的工作負(fù)擔(dān)，有利于煤炭企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。目前，在我國的煤礦機(jī)電設(shè)備中普遍采用“交—直—交”的基本原理實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能技術(shù)。

二、煤礦機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)的意義

變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)理想的節(jié)能效果，這符與環(huán)保、綠色、減排、節(jié)能的發(fā)展趨勢和政策方向相符。從宏觀視角看，煤礦開采效率會直接影響社會整體工業(yè)建設(shè)和發(fā)展能力。為了實(shí)現(xiàn)社會的進(jìn)步和發(fā)展，改進(jìn)和完善煤礦生產(chǎn)工作模式至關(guān)重要。在煤礦生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級的基礎(chǔ)上，為了減少煤礦生產(chǎn)中的能源浪費(fèi)，可以采用變頻節(jié)能技術(shù)。在煤礦機(jī)電設(shè)備中，使用變頻節(jié)能技術(shù)不僅可以顯著降低能耗、降低企業(yè)生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的機(jī)械化操作目標(biāo)，還可以減輕工人的工作負(fù)擔(dān)，對于煤炭企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展非常有利。此外，還能顯著提高機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性，降低能源浪費(fèi)，有助于能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級。總之，將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備可以促進(jìn)煤礦領(lǐng)域技術(shù)體系建設(shè)和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。

三、煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用

（一）變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦采煤機(jī)中的應(yīng)用

采煤機(jī)在煤礦生產(chǎn)中非常重要，煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用采煤機(jī)會消耗較大的能源，例如，傳統(tǒng)采煤機(jī)的應(yīng)用會耗費(fèi)較多的電能，而在采煤機(jī)中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)能很好地降低消耗，節(jié)省電能。基于我國科技的持續(xù)進(jìn)步，采煤機(jī)生產(chǎn)中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)越來越進(jìn)步，可以實(shí)現(xiàn)理想的節(jié)省電能目標(biāo)。當(dāng)前，“一拖一”的模式被應(yīng)用于采煤機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中，即一個變頻器僅僅為一臺采煤機(jī)調(diào)頻，變頻器通過回饋型四象限的工作原理，向電網(wǎng)反饋剩下的電能，從而實(shí)現(xiàn)理想的節(jié)能降耗效果。變頻節(jié)能技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用可以自主調(diào)節(jié)采煤機(jī)轉(zhuǎn)速，降低采煤機(jī)熄火溜車的可能性，提升采煤機(jī)運(yùn)行的人性化、合理化、科學(xué)化、高效化，從而提升煤礦生產(chǎn)效率。同時，在生產(chǎn)相同煤炭的條件下，應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)的采煤機(jī)運(yùn)行時間要少于傳統(tǒng)的采煤機(jī)運(yùn)行時間，不但可以提升生產(chǎn)效率，還能降低消耗。其中，“交—直—交”型變頻器的控制器屬于裝置整體的中心，重點(diǎn)體現(xiàn)在控制運(yùn)行狀態(tài)的功效；逆變器的重點(diǎn)在于轉(zhuǎn)變直流電為交流電；濾波器的重點(diǎn)在于輸出直流電壓諧波；整流器的重點(diǎn)在于轉(zhuǎn)換直流電。

（二）變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦提升機(jī)中的應(yīng)用

煤礦提升機(jī)的作用是負(fù)責(zé)輸送，無論是煤礦生產(chǎn)物資，還是煤礦生產(chǎn)工人和煤炭資源，都要借助提升機(jī)進(jìn)行輸送。煤礦提升機(jī)的特點(diǎn)是應(yīng)用頻率高、工作負(fù)荷大、運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，所以提升機(jī)在運(yùn)行中較易出現(xiàn)故障，影響煤礦機(jī)電設(shè)備整體運(yùn)行效率。為了降低煤礦提升機(jī)的故障率，應(yīng)降低提升機(jī)能量消耗，保護(hù)提升機(jī)。通過應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，可以根據(jù)煤礦的具體工作安排及設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，調(diào)節(jié)提升機(jī)的工作效率，進(jìn)而降低能源消耗。此外，還可以減少故障發(fā)生，提高提升機(jī)的穩(wěn)定性和安全性。在沒有應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)前，提升機(jī)主要通過調(diào)節(jié)變電阻設(shè)備控制轉(zhuǎn)速，但這會導(dǎo)致大量能源消耗，增加煤礦的生產(chǎn)成本。引入變頻節(jié)能技術(shù)后，提升機(jī)的供電頻率可以改變，有效調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，減少能源消耗。因此，變頻節(jié)能技術(shù)在提升機(jī)設(shè)備中的應(yīng)用越來越普遍。

相關(guān)調(diào)查信息顯示，交流變頻是煤礦提升機(jī)中常用的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。該變頻系統(tǒng)通過可控變流器實(shí)現(xiàn)交流電流的變換，在煤礦提升機(jī)的逆變電路系統(tǒng)中引入變流電路，保持主動逆變狀態(tài)。當(dāng)煤礦提升機(jī)回饋能量時，滯留電壓會增強(qiáng)，導(dǎo)致整流電路無法正常工作。此時，新增的變流電路采用主動逆變運(yùn)行狀態(tài)，電流極性發(fā)生變化，而電壓極性保持不變，從變流電路中的電流或電壓可以迅速返回提升機(jī)，向電網(wǎng)反饋電能。為了有效保護(hù)電網(wǎng)，在應(yīng)用交流變頻技術(shù)時，通常會增加儲能裝置，充分利用反饋的電能，防止能源浪費(fèi)。在煤礦提升機(jī)的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中應(yīng)用交流變頻技術(shù)主要依靠設(shè)計(jì)合理的主動逆變柜，并使用絕緣雙極性晶體管功率半導(dǎo)體器件。這是因?yàn)樵撈骷哂懈吖β侍匦裕梢允占嵘龣C(jī)在加速和減速過程中產(chǎn)生的能量消耗，并將回收的能量反饋到電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)二次能源利用，以此降低電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的功率消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

（三）變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)中的應(yīng)用

作為煤礦輸送的核心設(shè)備，皮帶運(yùn)輸機(jī)對煤礦生產(chǎn)效率具有重要影響。皮帶運(yùn)輸機(jī)具有長距離輸送和長時間運(yùn)行的特點(diǎn)，在運(yùn)行中會消耗大量能源。然而，通過應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)理想的節(jié)能降耗效果。隨著我國科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，皮帶運(yùn)輸機(jī)中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)變得越來越成熟。在皮帶運(yùn)輸機(jī)中使用變頻器技術(shù)不僅可以提高運(yùn)行效率，還可以降低啟停時的能耗，這是因?yàn)樵摷夹g(shù)可以自主調(diào)節(jié)皮帶運(yùn)輸機(jī)的轉(zhuǎn)速，有效降低空載運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。實(shí)踐證明，在輸送相同距離和重量的煤炭資源時，應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)可以減少20%～40%的能量消耗，并提高運(yùn)行效率，促進(jìn)煤炭企業(yè)效益提高。皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻器技術(shù)可以不經(jīng)電能激發(fā)即可順利啟動，屬于皮帶運(yùn)輸機(jī)中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)的主導(dǎo)應(yīng)用方面，可以顯著減少啟動皮帶運(yùn)輸機(jī)時耗費(fèi)的能源。然而，由于煤礦生產(chǎn)中皮帶運(yùn)輸機(jī)基本都處于運(yùn)行狀態(tài)，很少需要啟動流程，變頻節(jié)能技術(shù)在該環(huán)節(jié)的應(yīng)用并不能顯著節(jié)省電能。而如何高效地將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于皮帶運(yùn)輸機(jī)，則成為煤礦關(guān)注的一大重點(diǎn)。

隨著相關(guān)技術(shù)不斷成熟，加上技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)持續(xù)積累，在煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)的節(jié)能方面，可以采用一些專業(yè)的方法或技術(shù)。例如，結(jié)合傳感器收集皮帶運(yùn)輸機(jī)上的煤炭質(zhì)量和轉(zhuǎn)速，通過數(shù)據(jù)分析得出有效的轉(zhuǎn)速控制策略，可以更好地變頻調(diào)速。此外，安裝皮帶運(yùn)輸機(jī)后，還應(yīng)測量礦井與皮帶運(yùn)輸機(jī)之間的角度，并結(jié)合皮帶運(yùn)輸機(jī)的技術(shù)參數(shù)，計(jì)算運(yùn)行速度與轉(zhuǎn)矩輸出之間的關(guān)系，再結(jié)合平衡作用力理論，優(yōu)化變頻調(diào)速流程，最終達(dá)到理想的節(jié)能效果。

在進(jìn)一步探索中，還要確保皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送的煤炭質(zhì)量與所需的電機(jī)輸出功率相匹配，避免能源浪費(fèi)和超載輸送。也就是說，當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送的能量與所需的煤炭輸送能量無限接近時，才能更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

（四）變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

煤礦風(fēng)機(jī)是煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的重要設(shè)備，主要功能是提供新鮮空氣并排出有害氣體，通過變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)煤礦風(fēng)機(jī)的節(jié)能降耗。煤礦風(fēng)機(jī)在不同工況下需要提供不同的風(fēng)量，傳統(tǒng)的固定頻率運(yùn)行方式往往無法滿足需求。而采用變頻技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，精確控制風(fēng)量，同時降低轉(zhuǎn)速，還能降低能耗，提高效率。傳統(tǒng)的煤礦風(fēng)機(jī)在啟停過程中會消耗大量能量，而變頻技術(shù)可以使風(fēng)機(jī)平穩(wěn)啟動和停止，減少起動時的沖擊電流和機(jī)械應(yīng)力，從而降低能耗。另外，煤礦風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中存在不同的工作點(diǎn)，傳統(tǒng)方法往往以最大效率點(diǎn)為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)和運(yùn)行。然而，隨著變頻技術(shù)的應(yīng)用，可以根據(jù)實(shí)際工況調(diào)整風(fēng)機(jī)，使其在更高的效率區(qū)域運(yùn)行，從而降低能耗。傳統(tǒng)的固定頻率運(yùn)行方式下，煤礦風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中存在較大的負(fù)荷波動，容易引起設(shè)備的磨損和故障。而采用變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，減少設(shè)備的磨損和故障發(fā)生，從而降低維護(hù)成本。

（五）變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦空氣壓縮機(jī)中的應(yīng)用

在煤礦生產(chǎn)活動中，空氣壓縮機(jī)通常需要長期不間斷運(yùn)行。空氣壓縮機(jī)在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，能源消耗問題比較突出。在空氣壓縮機(jī)中使用變頻器設(shè)備，優(yōu)化調(diào)整壓縮機(jī)回路，并在一定范圍內(nèi)控制電壓，提升設(shè)備電源的整體質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)理想的節(jié)能效果。

（六）變頻節(jié)能技術(shù)在泵機(jī)設(shè)備中的應(yīng)用

在煤礦生產(chǎn)中，各種類型的泵機(jī)長期以高荷載狀態(tài)運(yùn)行，能耗巨大。從現(xiàn)代煤礦機(jī)電設(shè)備的具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行機(jī)制看，可以通過變頻調(diào)速優(yōu)化泵機(jī)設(shè)備。從技術(shù)角度看，基于變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用可使泵機(jī)設(shè)備的轉(zhuǎn)速降低，有效控制輸出功率，降低能耗，同時也能提升泵機(jī)設(shè)備的適應(yīng)性。從泵機(jī)設(shè)備工藝轉(zhuǎn)變角度看，應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)可以減小泵機(jī)設(shè)備運(yùn)行中的沖擊力，提升運(yùn)行靈敏度。此外，在抽水泵控制中，應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，可以使礦井液位狀態(tài)更加穩(wěn)定，降低能耗。

四、煤礦機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)的維護(hù)措施

目前，煤礦企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營與發(fā)展面臨著諸多機(jī)遇與挑戰(zhàn)，在生產(chǎn)設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變、適應(yīng)社會可持續(xù)發(fā)展理念的重要舉措。隨著變頻節(jié)能技術(shù)在機(jī)電設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，煤礦企業(yè)經(jīng)營管理者也遇到一些問題。為了更好地發(fā)揮變頻節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢，要重視以下內(nèi)容：

（一）建立健全煤礦機(jī)電設(shè)備維護(hù)管理制度體系

礦井地質(zhì)狀況復(fù)雜，存在較大變化，在復(fù)雜的環(huán)境中長期運(yùn)行機(jī)電設(shè)備，會提升故障發(fā)生率，因此，在采用變頻節(jié)能技術(shù)的同時，要建立健全管理制度體系，確保定期維護(hù)機(jī)電設(shè)備，保障機(jī)電設(shè)備管理工作順利開展。具體來講，要明確煤礦機(jī)電設(shè)備維護(hù)的目標(biāo)、原則和要求，確保維護(hù)工作與企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略一致。成立專門的維護(hù)管理部門或工作小組，負(fù)責(zé)制定和實(shí)施維護(hù)計(jì)劃、組織維修和保養(yǎng)工作，并協(xié)調(diào)各相關(guān)部門的合作。建立完善的設(shè)備檔案，包括設(shè)備基本信息、技術(shù)資料、維修記錄等，利用信息化手段進(jìn)行設(shè)備管理和故障分析。根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)和工作條件，制定合理的維護(hù)計(jì)劃，包括定期檢查、保養(yǎng)、更換易損件等，并采取預(yù)防性維護(hù)措施，提前發(fā)現(xiàn)和排除潛在故障。另外，要加強(qiáng)對維護(hù)人員的培訓(xùn)和管理，提升其技能水平，增強(qiáng)其責(zé)任意識，確保維護(hù)工作的質(zhì)量和效率，并建立科學(xué)合理的績效考核機(jī)制，合理評估維護(hù)工作，還要根據(jù)評估結(jié)果進(jìn)行獎懲和改進(jìn)措施。

（二）注重更新與升級煤礦機(jī)電設(shè)備以及變頻節(jié)能技術(shù)

隨著煤礦機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)越來越廣泛，此項(xiàng)技術(shù)的為更新越來越迅速。為了在機(jī)電設(shè)備中有效凸顯變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，確保工作效率提升，有關(guān)工作者應(yīng)時刻關(guān)注跟技術(shù)有關(guān)的領(lǐng)域，學(xué)習(xí)和掌握前沿技術(shù)，確保更新技術(shù)和升級設(shè)備，促使變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)理想的效果，從而提升工作效率和質(zhì)量。

五、結(jié)語

綜上所述，基于社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，煤礦機(jī)電設(shè)備中普遍應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)。因此，務(wù)必要開展進(jìn)一步探究，讓變頻節(jié)能技術(shù)廣泛用于煤礦機(jī)電設(shè)備中，滿足煤礦開采需求，提升煤礦生產(chǎn)的機(jī)械化和專業(yè)化水平。

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作者簡介：侯相杰（1984），男，山東省濟(jì)寧市鄒城市人，大學(xué)，助理工程師，技術(shù)員，主要研究方向?yàn)槊旱V機(jī)電；姜振通（1986），男，山東省鄒城市人，大專，綜采維修電工三級，工人；盛春雷（1970），男，山東省鄒城市人，中技，技師，主要研究方向?yàn)槊旱V采煤智能化。