解读变频技术在煤矿机电设备应用及发展

＊姜春明

（山西华阳集团新景公司 山西 045000）

引言

煤炭行业是耗电大户，其能耗成本占其产品成本非常大的比例，在煤炭企业中采煤机、运输机、提升机、风机、水泵等设备都选用电机拖拽，其电能耗费和损失率很大。根据变频器和交流电机的融合，完成对生产机械的传动控制。变频技术具备优良的环保节能效果和平缓的机械调整作用，在中国矿山开采机电设备中获得愈来愈普遍的运用。文中则关键对变频节能技术在我国煤矿机电设备中的运用进行了讨论。

1.变频技术简述

伴随着电力电子技术的持续发展，在世界能源紧缺的客观因素影响下，变频节能技术获得了世界各国的重视，在我国，搭建节约型社会的号角声极大促进了变频节能技术在矿山开采、电力工程、机械设备等诸多领域的推广。

变频技术就是指根据更改交流电频率的方法完成交流电流操纵的技术，变频技术是应沟通交流电机无极变速的需要而问世的。它是一种无额外转差耗损的高效率变速方法。因为变频技术是依据电机的负荷转变来完成本身的作用转变，那样就进一步提高了电机的效率，也降低了损耗。

2.变频技术在煤矿机电设备中的运用

因为煤矿矿井标准繁杂环境艰苦，比如气体湿冷、有毒有害物质外溢、瓦斯矿尘易燃易爆物品等，变频技术在最开始仍未获得煤矿的重视和运用，伴随着煤矿矿井环境的改进及变频技术的持续发展，另外煤矿机电设备的环保节能要求持续提高，变频技术的优点获得愈来愈多煤矿从业人员的关注，因而推动了其在煤矿机电设备中的运用。比如，我国已将变频节能技术广泛运用在斗提机、采煤机、带式输送机等机电设备中，使机器设备的电力工程耗费明显降低，运行效率明显提升，机器设备的维护保养花费也有一定的减少，经济收益显著提高。

（1）变频技术在斗提机的运用。变频技术在矿井提升机的运用关键选用了高压变频变速自动控制系统和PLC控制系统：第一，在斗提机电子控制系统设计中，高压变频变速自动控制系统，选用模块串连多脉冲信号动能回馈型四象限高压变频控制系统，系统抗干扰性强。第二，斗提机电气设备自动控制系统选用PLC控制，完成提高整个过程的位置操纵、速率控制、动态性界面监控和绞车系统软件的各类维护作用，达到电磁兼容测试性的技术标准。

图1

在我国中东部的井工煤矿中，立井提高机器设备广泛运用，其24h连续运行，关系着煤炭、机器设备、原材料、工作人员的提升运送，对机器设备稳定性和安全系数规定极高，另外，因为机器设备的经常开停机运行及变速运行，非常容易引起各种故障，并且，在煤矿电力工程耗费中占比较大。而变频技术的发展及运用，为煤矿提高机器设备处理稳定性及耗能很大的难题提供了处理方式。变频技术在矿井提升机中的运用主要有两种，一是可控制程序编写控制系统；二是高压变频变速控制系统。可操纵程序编写自动控制系统的应用可明显提高通信系统的通信能力，确保系统的抗干扰性和稳定性，而高压变频变速自动控制系统则可充分运用变频技术的优点，降低斗提机的电力工程耗费。

（2）变频技术在水泵中的运用。多级泵是矿井中运用较多的另一种设备。电能运输给水泵电机后，将电能变换为机械能，电机推动多级泵转动，把矿井的水排在路面。因为水泵是在井底工作，环境十分恶劣，传统的供电方法电机额定功率、工频使它常常发生故障，大大增加了运作成本。一方面，水泵在工频启动时，运行电流大，电机电缆线的损耗很大，促使电机电缆线在运行过程中的反压较高，使绝缘性能减少，每一次启动都会减少水泵的使用寿命，严重缩短了水泵的使用期限；另一方面，水泵在正常工作中时普遍会出现电机负载率较低的问题，“大马拉小车”的情况很严重。根据更改电机转速，在减少出水量的同时，可合理减少系统软件的电能耗损。

（3）变频技术在煤矿通风机中的运用。主扇风机作为矿井主通风，每日24h不间断运行。因为变频器改造后离心风机能够完成变频软启动，防止了启动电流的冲击，风机的绝大多数工作时间都是在较低的速率下运作，因此大幅度降低了风机工作中的机械强度和电气冲击，大大的增加了风机的使用期限。

（4）变频技术在煤矿采煤机中的运用。采煤机做为煤矿矿井的关键采煤设备，常工作在较为恶劣的环境之中。其所处环境一般粉尘很大，气体空气湿度较高。现阶段，我国电牵引采煤机功率最大2×115kW，变频器电压380V，能量回馈型四象限运作的交流变频变速煤矿开采技术处在全球领先地位，可以完成额定值转速比之下稳定转距变速，额定值转速比之上稳定输出功率变速及两部变频器中间的主从操纵和转距均衡。

图2

（5）变频技术在煤矿带式输送机中的运用。现阶段，在我国很多煤矿用的带式输送机除装货系统软件应用外，矿井也有很多应用。因为众多缘故，带式输送机长期都处在满载或负载运作情况，电磁能消耗比较严重。若在带式输送机上安装软启动器，可随时随地将电机造成的负力回馈到电力网中，降低发烫耗损，解决机械结构及电路系统的冲击性难题，延长机器设备的使用期限，并能合理地节省电磁能。

现阶段，变频节能技术在煤矿机电设备中的运用已比较普遍，比如，除带式输送机外，在矿井综掘机、空压机、离心风机等机器设备中也有广泛运用。此外，变频技术还开发出泄露故障检测系统，其强劲的语音及传输数据作用可使煤矿机器设备运行中的各种信号传送更为便捷和精确。

3.变频技术在煤矿机电设备的应用前景

(1)推广

矿山中各种机电设备类型较多，只有处理好变频器与设备之间的配对问题，才能更普遍的推广。变频技术在现阶段运用仅仅局限在煤矿的部分机电设备，也有很大的发展空间，另外，煤矿企业对机电设备更新改造过程中需要很多对口变频设备，提供大量先进可靠的技术和产品，进而增加变频技术在煤矿的运用广度和深度。

(2)需求量很大

我国矿山数量大，在机电设备的改造中必定需要很多变频器，会极大促进变频技术在矿山的发展。

(3)专业化提升

矿山开采有很多独特工作环境，如矿井工作等，需要具备独特作用的专业变频器配备这种装置。

(4)多功能、数字化的升级

电子信息技术日新月异，矿山更新改造过程中对变频器的应用和控制也展现多种用途的发展，对变频器的控制也会变成矿山网络化管理中的一个关键步骤。

(5)梳理政策节能导向，占领绿色采掘主动权

节能减排、绿色采掘是煤矿改革发展的必然选择，煤矿从业人员及有关人员应正确认识国家新政策导向，以《能源发展“十三五”规划》为指导，加速技术引导和创新，提供有关政策支持，占领绿色采掘主动权。

(6)增加对变频设备的科学合理管理

需从制度层面开展规范管理，对设备运用和维护提供良好的工作环境和制度保障，提升日常维修和维护，不同于一般设备，针对直流变频设备应开展科学的维护保养，并做好检测及记录，另外还应提升其自动化控制和管理工作，从而完成变频设备在矿山的网络化和信息化集成化管理。

4.结语

变频技术的应用和发展，不但能够改变电动机供电的灵活性，另外还能够依据具体负载需要调整机电设备的耗能方法，大幅度降低电能耗费，使设备更安全的运行，延长设备的使用期限，为煤矿机电设备的节能减排及高效应用确立了基础及技术条件。其运用成效已基本明显，但在我国煤矿领域，现阶段仍处在解决过剩产能、改革提质增效的发展期中，如何完成煤炭能源的低能耗、低成本，仍然任重道远。