变频技术在煤矿机电设备中的应用

刘吉祥

摘要：在如今时代下能够为社会整体经济起到支柱性的行业之一就是煤炭行业，但由于煤矿行业的高速发展与进步使得其经营规模不断扩大，在煤矿开始进行生产的过程中就需要对使用的设备与技术进行更新与完善。在对煤矿进行开发的过程中由于实际内容与环境都较为艰苦，而大部分煤矿设备的体积都较大在实际生产时较为复杂，就会使得整体过程较乱对设备的损耗状况也较为严重，从而不能够对煤矿进行持久的开发。而通过将变频技术应用到煤矿所使用的设备当中，不仅可以将设备使用的实际效果进行提升，还能够将实际效率进行提升。

关键词：变频技术;煤矿机电设备;应用

一、变频技术原理

在煤矿机电设备设计过程中，正常情况下并没有必要进行满载工作，为了促使设备满足动力要求，且不出现大规模的浪费现象，有必要在设备使用过程中加入变频技术，从而避免设备在使用过程中产生多余力矩，对设备使用寿命造成严重影响。在变频技术设计时，主要涉及到传动技术、计算机技术等，属于一门强弱电结合的综合性技术。变频技术主要通过半导体元件对电流信号的频率进行转换，再将这些交流电转换成直流电，为设备提供动力性支持，还可以利用逆变器等设备实现对电压和电流的有效调节，从而实现各个设备的无级调速。站在另一个角度来说，煤矿机电设备所应用的变频技术主要是利用电机转速和电流频率的增长关系，对电流大小进行合理改变，以此来控制电机转速，并对机电设备进行有效控制。变频技术的使用，能够在电机运行过程中实现速度控制，可根据工作需要进行加速或减速，为实际工作的开展提供基础条件。变频器电路主要包括4部分，即整流、直流、逆变和控制，在机电设备工作过程中，各个部分相辅相成，相互配合，共同为电机提供控制指令，为节能工作的开展提供了良好保障。

二、影响机电设备耗电量的因素分析

1、自然环境。煤矿所在的地理位置与地下岩层硬度等是影响提升机能耗的具体因素;矿井中煤的硬度等物理性质影响挖掘机能耗;矿井中粉尘及瓦斯的含量影响通风机及压风机能耗;矿井中采煤区的面积影响传输机能耗;

2、机电设备管理。老旧设备耗能高、生产率低，然而矿井中老旧的应淘汰的设备仍占据总体设备数量的近20%，造成这一局面的主要原因是矿井中的大型机电设备价格比较昂贵。当前，在设备选型、设计、空载管理、低负荷管理及节能等方面都有很好的改善，及时更换新的机械设备有助于从根本上解决机电设备高耗能的问题;

3、工艺技术。（a）老旧的煤矿机电设备系统中使用的是直流电，电流大小及频率基本不变。但在设备实际工作过程中，有空载、超负荷运转的情况，这样会造成电能的浪费及机电设备的过度损耗。最终导致机电设备得不到充分利用，增加了企业成本，同时造成了资源浪费;（b）工艺流程中设备利用率低。煤矿工作人员对机电设备了解不够深入，甚至不懂得其工作原理，更没有按照使用手册科学地操作设备，使设备没有得到充分应用，效率低，产生各种不必要的能耗。

三、变频技术在煤矿机电设备中的应用

1、风机中的应用。不同时期矿井的通风设计相差较大，若生产中期为了解决通风问题，企业一般采用重复更换风机的方法，但这种方法操作复杂，也会造成设备故障问题，增大了维修成本。而在风机中引入变频技术则可以有效解决此问题，不但可以避免重复更换，还增加了操作的便利性，且起到了很好的节能效果。比如杨村矿矿南的风井在改造风机时便引入了变频技术，利用一台变频器控制两台风机，且利用新型异步电动机代替了高压绕线电动机。改造之后，风机转速相较以往降低了70r/min，且输出功率也变为之前的三分之一，更符合煤矿开采特性，有效节约了电费成本。

2、在空压机中的应用。在空压机中，变频技术主要被利用至启动与系统控制方面。一是空压机启动，以往空压机主要采用直接启动方式，但期间会产生较大电流，降低了设备的利用率。而采用变频技术后便可以杜绝此问题，延长了设备的使用寿命。二是压风系统控制方面，以往压风系统主要采用开环控制方式，利用调节器进行控制，但期间会重复启动机电设备，无法确保设备保持恒压，对设备产生了损害。而利用变频技术可以改善此问题，变频设备绝壁压力闭环以及手动调节控制方式，其中压力闭环控制系统时，压力变动器可以及时检测机电设备，之后与标准值进行对比，根据差值调节转速，确保设备处于恒压运行状态，而手动调节主要指的是在变频器控制柜上安装复位按钮，当压力变送器出现故障后可以利用复位按钮进行复位，减少了设备的维修量。

3、在皮带输送机当中的实际应用。在煤矿实际进行开采工作的过程中对煤矿进行运输的主要纽带就是皮带输送机，而且在煤矿所使用的机电设备当中也是最不能缺少的設备之一。其主要指的就是以交流电动机当中的工频拖动与耦合器之间进行相互配合从而对煤矿进行输送，而某煤矿在使用皮带输送机这种设备的过程中发现这种输送方法在实际进行输送的过程中实际效率非常低，一旦输送重量较沉的时候就会导致皮带与耦合器受到非常严重的磨损现象。另外在这座煤矿当中所使用皮带输送机出现磨损现象时，对其进行维修的过程中发现这种皮带输送机的造价非常高，如果多次进行维修或是更换会将整个企业的实际收益进行大幅度降低。于是就将变频技术应用到皮带输送设备当中，这样不仅将皮带输送机在实际输送过程中所导致的失控问题进行解决，还能够将实际运行过程中所形成的浮力吸收到电网当中，从而减少设备出现过热现象所造成的磨损现象，并将皮带输送设备在实际应用当中的寿命进行延长。

4、变频技术在皮带机中的应用。相对于提升机来说，皮带机的使用功率更为巨大，各项参数指标见表1。

皮带机在运转过程中需要对轮毂和皮带之间的摩擦力进行充分利用，而在皮带机启动过程中，需要较大的电流提供动力。目前，国内大部分皮带机都是通过液力耦合器来实现皮带机的软启动，由于启动时的电流较大，不仅为电路带来了巨大的压力变化，还会导致皮带的迅速老化。变频技术的应用，可在一定程度上提高皮带机的能源利用率，降低能源消耗量。与此同时，还能降低设备的维修费用，提升煤矿企业的经济效益。

5、在采掘机当中的实际应用。在煤矿进行开发的过程中最为主要的机电设备之一就是采掘机，在煤矿所使用的机电设备当中能量消耗量最大的设备就是采掘机，而且在实际开采煤矿的过程中采煤机在运行过程中的速度能够对开采的实际效率造成直接性的影响。但是由于煤矿开采工作的内容较为复杂而且工作环境也较差，而且在采掘机实际进行运行的过程中也存在很多因素能对其产生一定程度的影响，例如在接触种类各不相同的岩层时对于较硬或是较软的岩石进行采掘的过程中，使用的实际功率大小也有所不同，这就会对采掘机造成很大程度的损耗状况。而在煤矿采掘机设备当中应用变频技术使其拥有能够自动进行切割的技术，这样不仅可以将采掘设备功率的实际损耗进行大幅度减少，还能够将采掘机在运行过程中的实际效率进行提升，从而为整个煤矿开采的实际效率起到保障作用。

结语

煤炭作为基础能源，对中国的经济发展及百姓生活有着至关重要的作用。基于煤矿机电设备系统耗能高的情况，进行了影响因素分析，利用变频技术可达到煤矿机电设备系统节能降耗的目的。应用变频技术可科学利用能源，提高了生产水平，改善了煤矿生产工艺并为煤矿生产提供了安全保障。随着科学技术的不断发展，煤矿机电设备系统节能降耗的方法将更加完善。

参考文献

[1]黄华.煤矿节能减排多目标优化研究[J].工矿自动化，2018，43（6）：64-68.