煤矿机电设备中变频节能技术运用研究

方 勇 ，时晓菲 ，郭金刚 ，孔得豹

（1.中煤新集阜阳矿业口孜东煤矿综采队，安徽 淮南 232001；2.中煤新集一矿固定队 安徽 淮南 232001）

0 引言

我国有着丰富的煤炭资源，煤炭在我国的经济建设中起到不可忽视的作用。与欧美国家相比，我国的煤炭开采技术还存在一定的不足，如能耗较高、安全性较差等，导致出现资源浪费。根据有关统计，在煤炭开采中，提升机、通风设备与运输设备等的耗电量占到总耗电量的60%，大部分电能并没有得到运用，而是被浪费。因此，合理应用变频节能技术，提高煤矿机电设备的运行效率，可以切实处理耗电问题，是节能环保不可或缺的手段。

1 变频节能技术介绍

随着电子信息技术的持续更新，交流电力传动技术得到了长足的进步。在机电设备中应用变频节能技术，不但可以有效发挥调速功能，提高设备的运行效率，而且可以节约资源，降低设备维护费用，延长其使用寿命。特别是在恶劣的工作环境中，该项技术的优势将非常明显。因此，必须掌握变频节能技术的原理，了解其发展情况，才能更好地应用这项技术。

1.1 变频节能技术的基本原理

变频节能技术是指通过调整交流电频率，实现对机电设备的智能化管控。在煤矿机电设备中引入变频节能技术，可根据负载段的变化值，针对设备设置参数值，调整设备工作状况，提升机电设备的运行效率。电机的运转公式如式（1）所示。

其中：n——电机转速；f——频率；p——电机级数。

由式（1）可知，在n 恒定的情况下，改变频率，则电机转速随之改变，在频率改变范围为0～50 Hz 时，转速的调整范围较宽[1]。变频节能技术根据此原理调整电源频率，从而实现调速目标。

1.2 变频节能技术的发展状况

随着社会的发展，变频节能技术被广泛应用在煤矿机电设备，该技术的理论和运用得到较大发展。变频节能作为一项重要技术对电机驱动方式进行优化，一定程度上可以使电机实现节能工作，获得了较好的节能成果。矿井下环境相对特殊，常常产生瓦斯及煤尘等物质，极大威胁着井下开采作业。随着科技的进步，变频节能技术充分体现了它的节能及调速功能，被逐渐推广在煤矿机电设备。变频节能技术的推广，显著提高了机电设备的工作效率，完善了设备性能，降低了能耗，避免出现浪费的情况，给企业带来更多效益，提高了经济效益。

2 常规式以及交流四象限变频器的运用

2.1 常规式变频器

从煤矿生产来看，常规式变频器有着多种运用方式，其不但能减少能源消耗，还可以提高设备自动化及智能化水平，对机电设备实施远程控制，保证机电设备灵活性。现阶段，常规式变频器开始朝着模块化的方向发展，具有较突出的优势作用。就多功能变频器来看，它的优势作用主要表现为以下3 点：①具有规范化参数结构和调试软件；②功能非常多样；③通信接口属于系统集成，安全性较高，运用起来也非常便捷，相关的操作及控制十分灵活。根据以上功能得知，该类型的变频节能技术能够广泛运用于煤矿机电设备上，有着非常广阔的发展空间，合理运用该技术会获得良好的成效。

2.2 交流四象限变频器的运用

实际进行煤炭采掘时，如果采掘机械在大坡度工作面作业，则要多次调速与起停电机，因此，确保变频器可以进行四象限运转尤为关键。四象限变频器（图1）的运行原理为四象限变频器可将整个电路内部的整流桥转变为可操控整流桥。若电机保持在电动状态，那么四象限变频器的运行状态和二象限变频器一样；若是保持在发电状态，那么将对四象限中的电流进行转化进而逐渐形成整流桥电路，而之前的整流桥电路也将开始变成逆变电路，根据它们之间的电流转化，将进一步推动电量的回馈，有效提升机电设备的节能效率[2]。

图1 四象限变频器

3 变频节能技术的实际应用

在煤矿机电设备中应用变频节能技术，主要从以下5 个方面进行分析，探讨该技术的具体应用。

3.1 在采煤机中应用变频节能技术

采煤机（图2）属于一种规模较大的复杂系统，是煤矿采掘机械化不可或缺的设备，发挥着关键性作用。在大部分情况下，采煤机的运行环境较为恶劣，加上系统的复杂性，所以完善该设备的性能显得非常关键。进行煤矿开采时，若采煤机出现故障，将对采煤工作产生较大的影响，极易造成运行中断，从而导致企业遭受严重的损失。随着科技的发展，采煤应用越来越多的新技术，内部构件越来越复杂，在一定程度上增加了设备的维修难度。变频节能技术的诞生，使采煤机可以变频调速运行，在节省能源的同时，也提高了作业效率，降低了设备发生故障的概率。近年来，煤炭的产量呈现减小的趋势，一些煤矿公司损失较大，在这一背景下，唯有持续降低采煤过程花费的成本，才能防止煤矿企业出现入不敷出的现象，煤矿企业应积极创新，在采煤机中引入四象限变频器，这样可以增加生产效率，减少能源的运用，降低开采过程中的成本费用。现阶段，我国采煤机的变频调速系统已经从原有的“一拖二”转变成“一拖一”，同时，在变频调速采煤方面已走在世界的前列[3]。

图2 采煤机

3.2 在风机中应用变频节能技术

从矿井生产周期来看，随着矿井开采的持续进行，矿井会越挖越深，想要确保煤矿生产安全，应根据矿井生产的实际情况进行通风设计。我国大部分煤矿企业，为确保煤矿通风效果，提高生产安全性，在实际生产过程中往往会频繁更换风机。实际上，这种方式不但会增加成本负担，还可能造成风机损坏。与此同时，被换下的风机会被闲置，导致设备利用率不高，浪费资源。通过引入变频节能技术，将原有的电机调速和计算机控制等技术融合在一起，使风机也具备自动调速功能，避免了资源浪费现象，有利于提高节能成效。

3.3 在带式输送机中应用变频节能技术

带式输送机应用摩擦力作为牵引力来对物料进行运输。带式输送机包含着较多的部件，如机架、滚筒等，可以将煤炭运到井外。如今，在很多矿井开采中所采取的带式输送机常常通过工频拖动手段达到软启动，这可能会导致皮带老化，给正常运输带来影响。在引入变频节能技术之后，变频器可以合理调整带式输送机的运行功率，避免设备出现过热现象，延长其使用寿命。同时该项技术的运用，将带式输送机转速调到经济状态，在负荷率不高的情况下，转速变慢，设备磨损较轻，防止设备出现异常，另外，该项技术运用于带式输送机可以实现软启动，并且电流低于额定电流1.2 倍，确保了电机正常运转，同时，变频器可以发挥着保护效果，其中包括过流以及过压等，切实保护电动机，节省了维修费用，为企业创造更为可观的经济效益。带式输送机如图3 所示。

图3 带式输送机

3.4 在提升机中应用变频节能技术

提升机（图4）是通过改变势能开展运输的设备。在煤矿生产中，该设备可以有效运输物料，在开采中发挥着较大的作用。在没有引入变频技术之前，提升机多采用电动机转子电路接入电阻的方式，不仅存在安全隐患，还增加电能消耗。在引入变频节能技术之后，提升机才真正具有调速功能，实现了数字化控制，协调运转提升机运行状态，切实管控了电路输出和输入接口，确保了提升机的正常输送[4]。

图4 提升机

3.5 在主排水泵中应用变频节能技术

排水泵的作用旨在抽送液体，此过程中，将机械能转变成流体动能。该设备除了可以实现液体运输，还可以起到增压的作用，在给液、给水中发挥关键作用。在运用变频技术之前，排水泵存在一定空转时间，在来回启停中，除了耗用很多电能，还会产生异常状况，导致资源被浪费。在引入变频节能之后，切实提升了运转效率，降低了设备出现异常的概率，极大减少电能消耗，并更便于进行操作，也充分把控了启停减速效果。

4 变频节能技术的运用展望

现阶段，变频节能技术被广泛运用于煤矿行业中，起到重要的促进作用。这些年，我国经济获得了较大的进步，通过变频节能技术来提升煤矿领域的节能水平属于必然的发展方向。如今，国内还有不少的矿山要进行开采，在实际开采期间需借助到多样化的机电设备。这表明要发展和其契合的变频节能技术，在更大的范围充分体现节能技术的效果。而在优化改造设备期间会利用到很多的变频器，将对变频节能技术在煤矿产业发展中发挥巨大的促进作用。目前在煤炭开采方面，电子技术已获得了大力普及，从煤矿机电设备来看，变频节能技术的运用将有着广阔的发展前景[5]。

5 结语

现阶段，煤炭产业规模持续变大，机电设备科技含量的增加显得尤为关键。变频节能技术的引入除了给予设备较佳的节能效果，也使其具有了调节功能，提高机电设备的运行效率。本文对变频节能技术实际情况及性能开展了分析，对各种类型变频器的运用开展了讨论，还对变频节能技术的实际应用展开分析，同时还进一步探讨了变频技术的发展前景，以期促进我国煤炭行业健康发展提供重要参考。