煤矿机电设备变频节能技术探讨

刘艳春　卢尚工

摘 要：我国幅员辽阔，有着丰富的煤矿资源，受经济发展需要，煤矿开放依旧是我国重要的经济活动之一。在煤矿开发中需要应用到大量的机电设备，基于提高生产安全性的目标，旧的机电设备需应用变频技术进行改造，新的设备从设计之初就引入了变频技术。从实际的工作经验来看，变频技术的应用也的确提升设备运行的安全性，且也很好低契合了国家节能减排的要求。文章则对煤矿机电设备变频节能技术探讨。

关键词：煤矿；机电设备；变频节能技术

在很长的一段时间内，煤矿资源是支撑国民经济不断向前发展的重要力量。随着环境的恶化、煤矿资源的消耗以及煤矿安全事故的频发，亟待引入新技术来提高煤矿生产的效益和安全性。在这种大环境下，变频节能技术得到推广应用，应用变频技术对机电设备进行升级改造，实现了生产效率和安全性的双重提升。

1 煤矿机电变频节能技术的发展现状

煤矿的安全问题不仅是生产问题，也是社会问题，在制约煤矿生存和发展的同时，也影响着社会的健康与和谐，所以说提高煤矿生产的安全性具有重要意义，这也是应用变频节能技术的目标。不过，变频节能技术在煤矿机电设备中的应用并不是一帆风顺的，在变频技术出现之初，受技术条件的限制，变频节能技术并没有贸然引入变频技术，随着变频技术的发展及成熟，其在煤矿生产中应用才普及开[1]。变频技术最早应用于采煤机、皮带输送机、提升机、空压机等，经过一段时间的应用，我们发现应用变频技术改造后的设备，其能耗远低于、效率远高于改造前，且设备更不容易磨损，实现了经济效益和社会效益的双重提升，从另外一个侧面也说明变频节能技术能提高煤矿机电设备的性能。变频技术的应用，使得交流电的固定频率成为一种能被机电设备充分利用的变动资源，这是其与传统的交流电最大的不同之处，具体表现为（1）从IGBT、GTR基础上发展起来的智能功率模块IPM能增加变频的功率。（2）采用了矢量控制和转矩控制，通过改进压频比（U/f）来扩展变频节能技术的应用范围，使得控制理论进一步向前发展。（3）革新了模糊自优化控制和人工神经网络，促进了数字信息处理技术的向集成化发展，使得，完成了技术的跨越发展，从单片机发展为高级专用集成电路（AsIc）、精简指令集计算机（Iuse）、数字信号处理器（DPS）。（4）变频技术的应用不仅提高了调速功能，还逐渐发展出编程序参数辨识、通信等功能。

2 煤矿机电设备变频节能技术的具体应用

2.1 变频技术在提升机中的应用

提升机是煤矿生产应用的合理设备之一，承担者输送人员和物料的任务，其运行的安全性直接关系到生命财产安全。在很长的一段时间内，为了实现传送速度的控制，电动机转子电路会使用金属电阻，尽管调速的目标得以实现，但该种方法存在电能消耗更大、安全隐含依旧存在的问题。变频技术的的出现与成熟很好解决了上述问题，应用变频技术后可配合应用提升机的变频防爆提升机与交流四象限变频调速系统[2]（如图1），辅助用计算机即可完成对提升机的数学信息化控制，继而实现了提升机的远程控制，不仅提升减少了对电能的消耗，还提升了提升机运行的安全性。

2.2 变频技术在采煤机中的应用

随着变频技术的发展与成熟，采煤机变频调速系统以从前的“一拖二”升级至“一拖一”，越来越成熟完善。国产电牵引采煤机的变频器电压是380V，最大行走功率为2×100KW，能在额定转速、恒定转矩调速下实现台变频器之间的转矩平衡和主从控制以及恒定功率调速。从具体的应用情况来看，对于倾角较大的工作面，采煤机如果采用四象限变频器调速电进行牵引可对制动力矩进行大范围的调节，保证了即使不增加牵引速度机器也不会出现下滑跑车的现象[3]。总的来说，采煤机应用变频技术后，除了结构能进一步简化，还具备控制灵活、操作方便、速度调节可靠的优点。

2.3 变频技术在皮带输送机中的应用

变频技术在皮带输送机、提升机的应用原理相同。皮带输送机主要任务是运送井下煤炭，在这个过程中煤炭受到向下的重力，垂直皮带的弹力以及与皮带运动速度相同的摩擦力，其中垂直皮带的弹力与皮带张力大小相同，方向相反，使得皮肤能被支撑辊轮带动，而皮带运动速度相同的摩擦力使得煤炭不从皮带上滑落，继而完成煤炭的向上输送。在很长的一段时间内，皮带输送机主要采用液力耦合器进行启动，其主要问题是这种启动方式会加速皮带的老化和断裂，影响媒体运输。变频节能技术的应用，机电内的冲击、机械发热等现象明显减少，电机启动时电流也更加的稳定，使得运输更加的同步及运输功率更加平均，极大地提升了皮带机的传送功能。

2.4 变频技术在流体负荷设备中的应用

风机、泵是最主要的流体负荷设备，其对变频技术的应用最具有代表性。由于变频技术的优势较为明显，目前绝大数风机都采用变频调速，甚至出现了能适应特殊煤矿环境的变频调速装置。在同样的工况下，经变频技术改造后风机的最低转速明显低于改进前，不仅减低了企业的电费支出，还使得风机更加适应矿井特殊的工况。在矿区给水、给液用泵中变频调速同样具有广泛的应用，极大地提升工艺系统控制的灵活性，减低了设备的机械冲击，这使得设备的使用寿命更长[4]。此外，抽水泵使用变频技术后，其平滑起停、加减速的控制将更加地灵活，减少了频繁起停和泵空转时间，避免了电能的消耗和设备的磨损，同时也可使得井下液位处一直处于恒定状态，这减少能耗及设备维护费用的基础上提高了煤矿作业的效率和安全性。

3 煤矿机电设备变频节能技术的发展前景

由于节能、安全，煤矿机电设备应用变频技术是未来煤矿行业发展的整体趋势。随着变频技术的发展以及我国经济的腾飞，变频节能技术已在在煤矿机电设备中得到广泛的应用，但其仍具有较大的应用前景。这是因为我国仍旧有许多煤矿要开发，且机电设备的种类和数量也越来越丰富，这就使得变频节能技术有较大的可能应用于新的机电设备。此外，基于提高旧设备利用率的目标，许多老旧设备需要应用变频技术进行改造。总的来说，在煤矿的大量开发以及机电设备大量应用的大环境下，变频节能技术在未来依旧有着广阔的应用前景。

4 结束语

提高生产效率、确保生产安全是煤矿生产最基本的要求，缺一不可。随着经济发展，我国对能源和资源需求越来越大，提高煤矿生产效率是确保我国能源安全的重要举措，所以说我们应尽可能提高机电设备的性能，除此之处还要确保设备运行的安全性，变频节能技术的应用同时解决上述两个问题。文章首先论述了变频节能技术的发展和应用现状，接着论述其在煤矿机电设备中具体应用，并在最后展望了其未来的应用前景。

参考文献

[1]董维新.我国煤矿机电设备变频节能技术的应用[J].科技创业家，2011（1）：148.

[2]孔伟.关于煤矿机电设备变频节能技术的研究[J].科技创新导报，2012（8）：86-86.

[3]但翔.我国煤矿机电设备变频节能技术的应用现状[J].城市建设，2010（21）：397.

作者简介：刘艳春（1971，1-），女，汉族，内蒙古包头人，内蒙古科技大学材料学硕士，讲师，研究方向：金属材料。