煤矿机电设备中变频节能技术的应用分析

何晓军

（陕西陕煤铜川矿业有限公司下石节煤矿，陕西 铜川 727101）

现代社会的发展，使人们生活水平提高的同时，对煤炭资源的需求量也日益增长，这使得越来越多的煤矿企业逐步扩大生产规模，通过改造煤矿机电设备来提高原煤产量。当然，煤矿企业在对煤矿机电设备进行技术改造过程中，人们也越来越重视煤矿机电设备的运行可靠性与稳定性。电耗作为煤矿成本中的一项重要构成指标，在煤矿机电设备改造中必须要尽可能降低吨煤电耗量，这对整个煤矿领域的发展有着重大影响。在此背景下，将变频节能技术应用到煤矿机电设备改造工作中，可使其能源消耗得到大幅降低，进而使机电设备取得更高的运转效率，有效延长了煤矿机电设备的使用寿命，保证了其运转稳定性，更重要的是能够减少煤矿生产成本的投入，从而为煤矿企业创造更多的利润。

一、变频节能技术的概念及其技术原理分析

（一）概念

对于变频技术来说，其是一种将固定频率的交流电源借助于电子器件进行转换，以使交流电具备多种不同的频率。交流电源在进行不同频率交流电转化时，其电能变化几乎可以忽略不计，这种变化主要体现在电流频率方面。可利用以下数学公式来对交流电动机转速进行描述，即N ＝60f/p(1－s)。工频电源在运转过程中，如果电源频率升高至50Hz，则电动机的额定转速也会随之达到100%，依据电源在频率上所具有的线性变化规律，并结合频率调节要求，便可对机电设备进行无级调速。对于煤矿机电设备来说，其轴功率会因转速的改变而发生变化，而这也为机电设备的节能改造提供了一个新的思路。

（二）技术原理

对于煤矿机电设备来说，其在运行过程中会产生很大功率，而且功率还会出现上下波动，这也使人们可以利用这一特点来对煤矿机电设备进行变频调节，以此达到节能目的。根据物理学中的流体力学原理可以了解到，机电设备流量和其转速也是呈现出正比关系的，而设备压力则和转速的平方值呈现出正比例关系，这样便可推断出机电设备的轴功率和转速是呈立方比关系的。如果想要机电设备的运行效率保持不变，当其流量下降时，便可通过降低设备转速的方式来达到该目的，通过运用变频技术，可使机电设备的轴功率以立方关系下降，这便实现了对电能的节约。当采矿人员直接启动煤矿机电设备时，则电机在输出瞬间的电流可达到正常电流的四至八倍，如此强大的电流势必会给冲击电网，从而产生母线电压降低保护动作，这便需要提高电网容量。并且，煤矿机电设备在启动时，其功率因数是非常低的，这会使系统资源产生不必要的浪费，而通过变频技术的运用，则可使设备采取软启动的方式来提高功率因数，这样便可减少电网受到冲击的可能性，从而真正实现节能目标。通过运用变频技术，因其是采取功率器和滤波电容器触发的方式来进行频率调节的，这便减少了无功功率的产生，从而使电网能够提供更多的有功功率，并由此达到节能目的。

二、煤矿机电设备中变频节能装置的类别

（一）矿用变频器

考虑到变频器是一种能够调节机电设备输出频率的电子类设备，这能够帮助机电设备减少运行能耗，从而使机电设备变得更加自动化、智能化，同时相关人员也能够在远程操作过程中变得更加便利。

（二）交流四象限变频器

根据交流电动机在运行过程中的机械性能变化情况，并利用数学轴来进行象限划分，可将象限分成四个，分别是正转电动状态、反转电动状态、回馈制动状态以及反接制动状态。无论电动机处于哪个象限，其均可正常运行，不过电动机在正传电动状态和反转电动状态这两个象限中的运行是以电动状态存在的，而在回馈制动状态和反接制动状态这两个象限中的运行则呈现出发电状态，电动状态和发电状态的区别在于前者的能量消耗来自电网，而后者则是将能量回馈给电网。有些变频器能够在电动机四象限中得以正常运行，对于这类变频器，也称为交流四象限变频器，通过将交流四象限变频器运用到具备位势负载特性的电动机中，能够使电动机随着系统势能的增加或减少而实现电动状态和发电状态的切换。在没有应用交流四象限变频器之前，许多能量都会通过电阻发热的方式被损耗掉，这便造成了大量能量的浪费，而在应用交流四象限变频器以后，则可利用逆变回路将电动机的电力逆向输入到电网中，从而有效减少了电能的损耗。能量在流动过程时，可以通过四象限变频器中内置的功率模块来达到双向流动目的。四象限变频器中内置了微处理模块，能防止电网被谐波污染。

三、变频节能技术在煤矿机电设备中的应用分析

煤矿机电设备中要想灵活的应用变频节能技术，就需要做到具体问题具体分析，不同类型机电设备对于变频节能技术的运用要求是不同的，其具体可以从以下方面着手：

（一）变频节能采煤机的整体应用

采煤机是煤矿开采工作实施的基础所在，一般情况下，采煤机有三个核心系统，即电气系统、液压系统和机械系统，变频节能技术应用于采煤机中，主要是对这三个系统进行优化和调整，进而达到采煤机节能的目的。如果从组成成分分类，采煤机又可以被分为截割部、装载系统、牵引装置的部分。首先，对于截割部来说，针对矿井下不同类型的工作面其功率要求也有着细微的差异，因此就需要结合具体情况对功率进行调设，比如说采煤机功率比较小的情况下，截割机的功率比较小，那么可能就会导致截割费时费力，进而在无形间增加工作量，造成不必要的能源消耗，应用变频节能技术，对截割功率进行灵活调整，可以更好地优化切割质量，提高工作效率。针对装载系统，在应用变频技术时，则需要结合采煤量对运行功率进行调节控制，要保证装载速度与采煤速度彼此能够密切配合，如果装载速度慢于采煤速度，那么可能会导致大量煤炭资源难以及时被装载，这样使得会对开采效率产生影响。针对牵引装置，关键在于对牵引力进行合理的控制，牵引力控制不合理的情况，牵引装置的功用可能难以有效发挥出来，这样必将会对设备的有效应用产生不良影响。一般来说，牵引装置运行期间，牵引力充足的情况下，应当最大限度降低对电力资源的消耗，设备运行时，要控制好运行时间，因为采煤机并非是在所有情况下都需要满负荷运行的，所以说，在其没有满负荷运行的情况下，可以借助变频技术对负荷进行优化调整，以便更好地延长设备使用寿命。

（二）变频节能技术在风机设备中的应用分析

在煤矿开采过程中，由于矿井下存在有大量的有害气体，为了保证煤矿开采的安全性，必须要长时间使用风机对有害气体进行稀释，否则的话，这些气体必将对施工人员的人身安全造成较大的影响，所有煤矿井下工作，风机的使用必须的，其可以对矿井下的空气进行优化调节，保证井下工作人员的安全。而在井下工作期间，井下空气环境处于不断变动的状态，因此，风机设备在应用时应当使用不同功能，这样才能更好地发挥设备作用。将变频节能技术应用于风机设备之中，可以灵活地对风机设备功能进行优化调整，这样矿井下空气质量可以得到更好的保障，还可以减轻风机设备运行的压力，因为如果风机设备长期高功率、高负荷的运行，那么设备损耗几率就将会增大，而变频节能技术的应用，则可以有效降低设备损耗。在风机设备应用期间，为了深入了解煤矿内空气质量是否达到标准要求，还可以尝试将风机设备与空气质量检测设备联系在一起，实时检测井下空气状况，分析何时需要应用风机设备，然后灵活应用，这样可以有效的降低能耗。当前，节能变频技术在风机设备中的应用相对来说还是比较成熟，其在我国大部分矿井内都有所应用。

（三）变频节能技术在提升机中的应用

在煤矿开采期间，针对矿井类型的矿山，为了保证煤矿开采工作顺利实施，提高煤炭资源的开采质量和效率，提升机的应用是必不可少，煤矿提升机的主要作用是将井下煤矿运输到井上，在煤矿开采期间，提升机通常需要不间断的运行，但是在其运行期间并非都是满载的，其一般是满载与空载交替运行，这种情况下，就可以应用变频节能技术，针对提升机满载/空载的不同情况，对功率进行调整，将该技术与智能化操作平台结合在一起，这样在满载与空载情况下提供不同的功率，既可以有效地保证设备运行效率和质量，还能够降低提升机运行期间消耗的电能，节约能源资源。

（四）变频技术在皮带机中的应用

皮带机是煤矿资源运输不可或缺的设备之一，其可以持续不断的将矿山中的煤炭运送到地面，但是在设备具体运行过程中，皮带机的荷载并非是一成不变的，某些情况下皮带机的荷载比较高，某些情况下荷载则比较低，但是无论荷载如何变化，其所消耗的电能资源都是相同的，所不同的是高荷载的情况下，电能资源得到了充分利用，而低荷载的情况下，电能资源则被较大的浪费。针对这种现象，当前最为有效的措施就是将变频技术与皮带机融合在一起，结合不同的运输需要，对皮带机的功率进行优化调整，这样可以有效的优化皮带机使用效果。

（五）变频节能调节下的负载荷设备应用

变频负载荷技术应用时，可以根据风机、泵的变频调速过程，关注风机变频调速技术的整体应用普遍操作。但是要做好该项工作，相关领域的技术人员就应当逐步加强变频调速设备的研发，重点研发煤矿特殊采集环境之下的变频设备操作。结合风机运行的转速操作要求，可以逐步改造调整，优化其整体性能。在改造工作实施之前，需要深入了解风机运行的各项基本情况，调整风压、风量等，在改造完成之后需要对输出功率进行检查和分析，这样可以有效节约电能资源。在水泵控制调节下，需要对设备进行变频调速节能处理。结合生产工艺系统的实际控制构成情况来看，在对产品进行调节时，应当提升调节的灵活度，要保证在变频节能技术的支持之下，水泵可以灵活运用，结合实际需要逐步减少平滑和减速的时间，调整外部环境的受限水平，结合井下的液体位置高度变化情况，最大限度地压缩水泵空转时间，这样做也可以有效减少水泵运行所需的能耗，避免设备在运行期间不必要的损耗，延长设备使用寿命，提升机电设备的整体生产效益，促使煤矿开采更好地推行。

结束语

总而言之，在煤矿机电设备中应用变频节能技术，能够切实节约机电设备对电能、水能等资源能源的消耗，从而在保持机电设备稳定运行的同时延长机电设备的使用寿命，降低开采成本，增长矿产开采生产的经济收益。现阶段，我国各类科技发展都处于快速发展的阶段，国家层面也对于科技研发、技术实践予以了大量的财力支持、人才支援。相信在不远的未来，中国就能成为能源技术应用强国。