变频节能技术在煤矿机电设备中的应用分析

段丽芬

（曲靖市富源县能源局综合执法大队，云南 富源 655500）

现阶段，一部分小煤矿开采技术还较为传统和落后，生产耗能较大，生产效率较低。变频节能技术的发展和应用可以有效地降低能耗，因此，在各个行业得到了广泛的认可。近年来，有越来越多的企业开始应用这项技术，变频节能技术在国内尚属空白阶段，可上升空间比较大，具有很大的推广应用价值。本文重点介绍了该技术在煤矿行业中的应用。可以提高煤矿的生产效率，实现节能性和安全性，明显降低了煤矿的生产成本。

1 变频节能技术的应用及原理

1．1 变频节能技术

我国虽然在能源科技上取得了比较明显的成效，但是和世界能源强国相比较，还有着明显的不足，比如，在国外一些发达国家，早就研发出了煤炭的节能开采技术，早已经应用在了一些重点煤矿区域，在这些区域内完全可以做到无人化开采。在国外，变频节能技术已经发展得非常成熟，基本能保证在2035年之前实现智能化地开采模式，而在我国，这项技术还有很大的发展提升空间。

1．2 变频节能技术的应用

顾名思义，变频器是一种特殊的控制装置，不仅具有开关的功能，更重要的是，它可以转换不同的电流频率，这项技术是通过利用一些设备实现电流频率的改变，这些装置就是变频设备，它不仅可以有效地调节整个马达的速度，更重要的是，它可以通过开关功能调节频率。变频器使用功率半导体器件来打开和关闭功率频率电源。

在煤矿生产中，如果将变频节能技术合理地应用于煤矿机电设备，一方面，可以降低煤矿工业用电成本投资；另一方面，可以控制设备的废弃物排放，减少对环境的污染，真正起到了节能减排的作用。

1．3 变频节能技术原理

变频节能技术的基本原理：在某一段时期内，一些设备所使用的交流电的频率都是固定不变的，维持在一个平衡的状态中，而变频节能技术打破了这个平衡，使频率可随时发生变化，并且可随着人们自己的意愿随意调节，简而言之，就是工频电流的信号在整流器中变为直流电源，相关的原理如图1所示。变频器的结构比一般的设备更加复杂，组成部分也十分重要，涉及的元器部件种类繁多，变频器会根据设备的实际情况，对电机的速度进行控制，可以达到节约能源的目的，其中，每个系数都代表着不同的意思，比如，PID控制，它主要控制着比例、积分、微分等相关系数，目标值进入电流中，输出值返回到压力变送器中，返回信号。

图1 变频节能技术的基础原理图

2 变频节能技术的历史背景

就目前而言，我国的能源资源结构比较单一，依旧以煤为主导地位，占能源资源总量的80%以上，正因为如此，对空气的污染特别大，对环境的破坏更为严重，对人类产生的危害甚至无法预估。据研究者进行预测分析可以知道，我国尚有数值可观的煤炭储备量，以此推算，如果以年产50亿吨原煤的速度，还可以供应至少100年。即使这样，但优质的煤炭资源却少之又少。而其中最为关键的是，我国是一个能源消耗大国，但是，能源的利用率特别低，在国际上甚至排名在倒数几位。在我国，很多用煤的企业一直采用粗放的生产方式，多年来一直都没有改变其生产经营方式，一些小煤矿的回收率还达不到10%，这将远远达不到预期的要求，将造成煤炭资源的极度浪费。据资料的不完全统计，1949～2019年，短短70年的时间内，全国煤炭资源浪费了多达500多亿吨，如果按照这个速度进行下去，全国将会有更多的资源会被浪费，所以必须开发一些新的科学技术，确保煤炭资源不会白白地被浪费。

3 实际的应用案例

3．1 煤矿的整体情况

初步设计后，某煤矿的生产能力大约为每年90万t/a，并根据实际生产能力可以将它划分为中大型矿井。矿井的结构分别由主斜井、副斜井和回风立井组成。回风立井安装2台FBCDZ-10-No28B型对旋轴流式通风机，经初步的计算，最大的风量为Qmax=11200m3/min，风压H=752～2843Pa，与此同时，额定的转速n=580r/min。为了保证系统的正常运转，在现场配备2台风机，1台正常使用，1台备用，每台风机配备2台供电电压10kV功率250kW的YBF560S1-10型防爆电机。原来设计风机的运行系统为工频模式。

3．2 提出变频调速节能

现在，矿井的生产正处于试运行阶段，主通风机的额定风量远超于井下的实际所需要的风量7284m3/min。在这种情况下，为了保证风机能够处于正常运行的状态，就需要及时调整风机的叶片角度、风门的转向等，只有这样，才能准确地保证风量的供需达到平衡的状态。通风机一直处于均匀的速度运行。但是，从实际的生产情况来看，匀速的运行会带来各种各样的问题：（1）会造成电能的严重浪费，就我国的经济发展来看，煤矿一直处于产业的初级阶段，风量的需求不是特别大，但与此同时，主通风机的设计余量又特别大，如果长时间一直处于供求关系不平等的状态，会造成能源极大的浪费，增加了企业的经济负担；（2）如果主通风机采用直接启动的方式，就会造成启动的时间特别长，进而导致电流瞬间变大，在这个时候，就会对电动机的线路造成严重破坏，甚至会烧毁整个电动机，一旦产生较大的电流，就会严重影响到整个电动机的使用寿命，更严重时还会危及工人的生命安全；（3）自动化程度降低，以前主通风机主要依靠人工进行调节，增加了人工的成本。现在，传统的调节方法已经很难满足煤炭的生产需求，所以，需要使用变频的调速技术，来提高风机的运转速度，只有这样，才能提高风机的运行效率。

3．3 变频器应用效果

通过公式可以知道，主通风机的实际功率Q0=11200m3=186.7m3/s，变频转速Q0=11200m3=186.7m3/s，频率由以上计算的结果可知，每年风机可以节省不少的电费，假如它可以明天运转24小时，每年按照365天计算，，按照国家统一规定的电费价格0.7元/kWh计算，风机每年可以节省的电费大约在222.2万元。由此可知，引入了变频调速的装置，可以明显地节约成本。同时，由于矿井的服务年限长达23.7a，可以通过2a左右的时间收回变频器的成本，极大地减轻了经济负担。

4 结语

综上所述，变频节能技术可以明显地降低能源的消耗，提高设备的运行速度，保护机器设备的正常使用，提升煤矿的经济效益，降低生产成本，节约人工成本、保护环境等。伴随着社会的迅速发展，我国的各项技术正处于一个高速发展的时期，随着对它的研究越来越深入，研发部门投入了更多的资金，派出高端人才到国外深造，以及我国各级政府的大力配合，我国的各项科学技术一定会取得高质量的发展。