煤矿机电设备中变频技术发展及应用

刘 智 马英辉

（陕西陕煤曹家滩矿业有限公司，陕西 榆林 719000）

1 前言

我国对于煤炭的开采历史悠久，从最原始的手动开采，到借助各种工具，我国煤矿的开采工作经过了长时间的发展，目前已经全部实现了机械化开采。与传统的开采方式相比，使用各种机电设备的开采使得生产效率得到了大幅度提升。但是机电设备在运行过程中所带来的问题，不仅制约到了煤炭开采行业的可持续发展，也对我国的能源发展产生了一定的阻碍。比如机电设备在运行过程中带来的能耗高、故障率高和安全系数低等问题。为了实现煤矿开采取得更进一步的效率，必须要解决这些问题。通过研究发现，采用变频技术，可有效提高机电设备在运行中的能源利用率，降低能源消耗。不仅如此，还能极大提升机电设备运行的稳定性。

2 变频技术含义、发展、原理及优势

2.1 变频技术的含义

变频技术是指将直流电通过逆转换变成不同频率的交流电的一种转换技术，整个技术的核心是变频器设备。通过对工作电流频率的改变实现控制交流电，在整个转换过程中只有频率发生了变化，电能是不会被改变的。作为核心设备，变频器将电源中的电源进行改变，从而实现电压的调节和变化，并确保正常工作下的电流和电压能够得到保障[1]。变频的主要目的就是为了节省电能，由于其良好的稳定性，以及通过节约能源消耗而带来巨大的经济效益，广泛被各行各业所使用。

2.2 变频技术的发展

变频技术的发展，是在电子元器件发展的基础上衍生出来的。从上世纪60 年代开始，电子元器件的技术得到了空前发展，从储器的晶闸管到技术程度较高的控制晶闸管，通过技术的不断提升，给变频技术的发展打下了扎实的基础。技术发展到上世纪70 年点，开始出现了VVVF 调速技术，引起了相关行业的热议。再到上世纪80 年代，出现了PWM 模式为技术核心的变频技术，并在此基础上不断进行优化，这个阶段变频技术得到了空前的发展，并出现了各种优化模式，使用到市场中。随着全球对环节保护以及能源危机的意识越来越强，变频技术无论从技术上，还是从市场应用上都得到了很大的提升。

2.3 变频技术的原理

在原有电压条件下，通过对交流电的频率进行改变，并自动控制设备。使用变频器并利用电力半导体的元器件作为通断作用，将交流电再转换为可变交流电，从而达到了变频调速的效果[2]。

2.4 变频技术的优势

在煤矿行业中，由于使用大量的机电设备，必然要消耗大量的电能。众所周知，我国目前电能主要还是来源于火力发电，而火力发电使用的原材料就是煤炭。电力的需求提高，也就意味着要消耗更多的煤炭才能满足社会的发展需求。地球下可开采的煤炭资源是有限的，待到消耗殆尽时，将会给社会的经济发展带来严重的制约。因此，通过变频技术的使用，在保证创造同样的社会价值前提下，减少煤炭的消耗，不仅能提升企业的经济效益，从宏观层面来说，延长了地球上可开采煤炭的使用年限。

不仅如此，变频技术在机电设备的运行可靠性和稳定性方面都要高于传统的技术。在机电设备工作过程中，变频器和电机的运行机制与运行过程中所产生的实际符合相结合，从而能够精确地控制电极的运行，达到稳定性的目的。如果运行过程中动电流要比额定电流值小，对电机进行控制，降低其运行速度，从而实现电机的损耗降低。

3 煤矿机电设备中变频技术的使用原则

变频技术作为一项高水平技术，不仅能够促进机电设备能够稳定的运行，提升设备运行寿命，而且降低设备运行过程中的损耗，通过节能减排，实现低碳环保，其应用范围越广泛，将会对企业的经济效益以及我国的资源环境保护都会带来很多好处。但是，变频技术也不是在任何场合、任何机电设备都可以使用的。在煤矿机电设备中变频技术的使用需要遵循下述几项原则。

3.1 使用条件需要被满足

我国的煤矿机电设备经过数年的发展，结合现代科学技术，已经在大多数机电设备上都使用到了变频技术，在使用过程中必须使用到变频器。煤矿机电设备不同于一般的机电设备，由于是要深入地下进行煤矿的开采，设备不仅体积庞大，数量众多，而且为了实现各种功能，设备的零件众多，构造复杂。使用变频技术时，需要综合考虑到设备的状态和各电气参数，尤其是要注意电容量，不满足使用的情况下需要进行改造，包括时间和电压的技术参数都要进行确认。

3.2 机电设备运行时的负载模式要匹配

虽然在煤矿开采过程中会使用到大量的机电设备，但是这些机电设备根据开采过程中分担的任务不同，设备的性能、参数均有着比较大的差异。因此这些人设备在运行过程中负载能力也各有差异。此时使用到变频技术，显然不能过于统一，必须要根据各机电设备的电动机实际参数进行匹配合适的变频技术，同时还要考虑到变频器设备，可能会涉及到设备的改造等工作。比如在选择恒转矩负载时，一般都要选择运行稳定性高的变频设备，风机泵由于性价比高，而且输出的参数也比较精准，可以适当进行应用。为了更进一步提升设备运行的稳定性，通常需要对设备之间进行参数的精准确认和匹配，这样才能做出最优的负载模式匹配。因此，机电设备需要根据各自特点进行匹配，不可一成不变。

3.3 严格按照操作规范进行安装和使用

变频技术之所以能降低设备的能源消耗，促进机电设备稳定运行，和变频技术的严格操作规范也有着密不可分的关系。在设备使用变频技术之前，首先需要做好变频技术的安装。设备和设备之间严格按照操作规范进行各参数、性能指标的比对确认，这样才能提升设备的而运行效率，否正会影响到最终的操作结果。变频技术在安装时，为了保证设备的运行稳定性和使用寿命，设备的安装环境也有一定的要求，比如不能置于潮湿的空气中，外界的环境温度也不能过低，一般要控制在10°C 以上[3]。另外还有一点容易被人们所忽略，为了发挥变频技术的效率，最佳安装地区的海拔在1000m 以内。当然不是说超过这个海拔就不能使用变频技术了，而是需要对设备进行防护设置，这样才能保证变频技术不受影响。

4 煤矿机电设备中变频技术的具体应用

煤炭机电设备中由于设备的种类众多，很多环节都可以应用到变频技术。

4.1 矿井提升机中应用变频技术

作为煤矿生产过程中的一个重要环节，矿井提升机主要复杂运输人员、开采材料和煤炭的运输，不仅影响到了煤矿开采效率，其运行稳定性更直接影响到了煤炭企业员工的生命财产安全。传统开采过程中，主要是通过切换相应的操作挡位来实现提升机的调速，它的工作原理和手动汽车的换挡有些类似。挡位和提升机上的转子中的电阻相连接，通过对电阻的调节就可以实现调速。这种操作方法虽然比较监督，但是当电阻过大时，就会消耗较多的电能，而且电阻由于发热，影响电阻的使用寿命。如果提升机在运行过程中遇到电阻故障，将直接影响到提升机的运行安全。因此，对提升机进行变频技术改造，减少了因调节电阻而带来的能量损耗。变频技术可以实现无极调速，促进提升机更加平稳的运行。而且，变频技术与传统的机械开关调速不同，它不会出现机械故障，因此也就避免了设备因机械问题而造成安全事故了。

4.2 矿井通风中应用变频技术

为了保证矿井下作业人员的安全，需要及时将地下气体排除，这就要求通风设备必须不间断工作，而且要具备超强的运行稳定性。如果电网中的电压波动较大，容易造成通风机运行时风扇叶片出现晃动[4]，这样就不利于风力的循环。而且长时间这种状态，也很容易破坏风扇，造成安全事故的发生。传统的通风机中通过对叶片安装角度的角度来实现风机工况，操作不仅不方便，而且精确度也不高。甚至在一些情况下会对其他设备造成冲击电流。通过变频技术的改造，提高通风机的运行稳定性，延长通风机的使用寿命。更重要的是，给矿井作业人员的生命财产安全提供了可靠的保障。

4.3 皮带运输机中应用变频技术

为了可靠地将开采出来的煤矿运输到地上，需要使用到皮带运输机。它是通过皮带的摩擦力，将放在皮带上的物体进行运输。由于煤矿开采过程的持续性，皮带运输机的运行持续时间非得长，一般不会停下来。传统开采过程中，通过设备的调速能实现皮带的调速，但是容易产生较大的冲击力，一旦超过皮带的承受力，就会拉断皮带，给运输机的运行带来安全隐患。通过变频技术的改造，可以在启动时以较低的频率力控制皮带运输机，平缓将电能输出，这样不仅减少冲击力，延长皮带的使用寿命，而且还能提升工作效率。

5 结语

煤炭对于我国的经济发展起到了非常重要的促进作用。同时由于地球的煤炭储存量随着开采的力度越来越大，能源危机的问题也越来越突出，这就要求各行各业从能源节约和可持续发展的战略眼光来推动技术的革新。在煤炭机电设备中，合理应用变频技术，不仅能够提升设备的运行效率，降低企业能源消耗，还能够促进机电设备安全平稳的运行，促进企业的良性发展。