煤礦機電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究

張 倩

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南三門峽 472000）

0 引言

隨著社會科技發(fā)展，安全節(jié)約生態(tài)理念的提出，對傳統(tǒng)煤礦行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展提出了較高要求，尤其是一些存在更多安全隱患的小型煤礦企業(yè)，如何在生存環(huán)境日益復(fù)雜的前景下突破創(chuàng)新，實現(xiàn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型式發(fā)展，有效降低企業(yè)生產(chǎn)中存在的能耗問題，提高煤礦行業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率。實踐證明切實提高變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用水平，會取得顯著成果，因此對變頻技能技術(shù)在煤礦行業(yè)中的應(yīng)用研究有著重要的現(xiàn)實意義。

1 變頻節(jié)能技術(shù)

1.1 變頻節(jié)能技術(shù)簡介

對于這一概念的簡單理解就是指變頻節(jié)能利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，這種裝置有利于將原本設(shè)置的固定頻率調(diào)整為用戶實際所需的頻率，通過這一操作從而達到降低設(shè)備運行中所需能耗的目的。該項技術(shù)中的核心裝置就是變頻器，分別由控制部分、逆變器、中間直流部分和整流晶閘管等4 部分組成。由于煤礦行業(yè)中的煤礦機電設(shè)備各電機因?qū)嶋H負(fù)載的任務(wù)不同而發(fā)生頻率之間的相互轉(zhuǎn)化，因此通過安裝變頻器來實現(xiàn)對發(fā)動機工作的頻率的調(diào)節(jié)控制，極大的減少不必要能源的消耗，同時還可以減少電機損耗問題，實現(xiàn)各項設(shè)備性能的良好優(yōu)化。

1.2 變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用原理

變頻器在實際起作用的工作中，其中的交流工頻電源借助整流器就可以將電壓、頻率不可調(diào)節(jié)的交流電而直接轉(zhuǎn)化為直流電，在此之后在一系列運行指令的實際控制之下，達到對電源頻率以及幅值實現(xiàn)控制，在此基礎(chǔ)之上借助逆變器將直流電有效轉(zhuǎn)化為煤礦電機工作時所需要的電壓和頻率可以進行調(diào)節(jié)的交流電開始工作。在實際生產(chǎn)中，為了最大限度的保障輸出電流的安全可靠性，建議在變頻器上安裝一些如噪聲消除器或是自動性的空氣開關(guān)等輔助設(shè)備。

2 煤礦機電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用分析

變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用的主要功能就是可以有效降低設(shè)備運行中所需的能源消耗，同時達到對運行設(shè)備的保護效果。因此這一技術(shù)在各種工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)中獲得了大力的普及與應(yīng)用，對促進煤炭行業(yè)的發(fā)展具有現(xiàn)實的重要意義。

2.1 變頻節(jié)能技術(shù)在泵方面的應(yīng)用

煤礦企業(yè)在實際生產(chǎn)過程中，一般都是采用通過對網(wǎng)管閘閥的開合度調(diào)節(jié)控制來實現(xiàn)對生產(chǎn)中所需的水泵流量的控制，這一操作方式的主要目的就是泵的實際轉(zhuǎn)速固定不變的情況下，對水流量的控制也是一定的。針對這種情況煤礦中的水泵電機實際上還是處于不斷的運轉(zhuǎn)過程中，長期以往這是一種非常不經(jīng)濟的方式，如果將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在機電水泵中，結(jié)合水泵的流量大小來達到對電機運轉(zhuǎn)速度的合理調(diào)控，達到節(jié)能降耗的目的不失為一種理想的手段。結(jié)合煤炭行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實情況看，煤礦上所使用的都是大功率水泵，同時使用的水泵數(shù)量也多，因此在這項機電設(shè)備中引入變頻節(jié)能技術(shù)，對于煤礦企業(yè)的發(fā)展有著顯著的優(yōu)勢效果。

2.2 變頻節(jié)能技術(shù)在皮帶傳輸中的應(yīng)用

皮帶傳輸系統(tǒng)可以說是煤礦行業(yè)中功率較大的生產(chǎn)設(shè)備了，因此它的啟動工作就需要消耗大量的能耗，它的實際工作原理是指借助電機發(fā)動的產(chǎn)生牽引皮帶運輸，從而實現(xiàn)皮帶可以將指定的挖掘材料運輸?shù)揭欢ǖ哪康牡?，這一過程的實現(xiàn)皮帶的運轉(zhuǎn)所需的摩擦力是極大的，因此需要電機產(chǎn)生足夠強大的電流，其耗電量之高可想而知。我國現(xiàn)階段所采用的皮帶機都是利用液力機來促動皮帶運轉(zhuǎn)的，由于液力機在啟動的時候需要極大的電流量，可能會引起生產(chǎn)系統(tǒng)的電路的整個變化，對于其他運行中的生產(chǎn)設(shè)備有影響，如果出現(xiàn)經(jīng)常性的這種狀況，非常容易影響設(shè)備的使用年限，生產(chǎn)的安全性也會大打折扣，針對這種情況非常有必要在該生產(chǎn)系統(tǒng)中引入變頻節(jié)能技術(shù)，專業(yè)性的幫助煤礦皮帶實施電力啟動，確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，不僅有效節(jié)約了電量，同時還確保整個煤礦生產(chǎn)設(shè)備的安全性，減少生產(chǎn)設(shè)備的維修次數(shù)以及緩減生產(chǎn)設(shè)備的老化問題。著力提升煤礦行業(yè)安全生產(chǎn)效益。以某煤礦使用的2×315 kW 的電機帶動煤礦運輸皮帶的系統(tǒng)為例，該煤礦于2015年3月開始將變頻節(jié)能技術(shù)皮帶運輸系統(tǒng)上，為此在變頻器的控制范圍之內(nèi)，整個煤礦的皮帶運輸系統(tǒng)可以輕松地在（0～50）Hz 任意頻率工作。這種方式下的工作效率與以往始終在工頻運行情況下對比發(fā)現(xiàn)，采用變頻節(jié)能技術(shù)為煤礦企業(yè)的發(fā)展帶來顯著效益，在皮帶電機額定功率2×315 kW；皮帶電機的效率是96%；礦用變頻器的效率是96.5%，基于以上數(shù)值的基礎(chǔ)上，假設(shè)該煤礦的皮帶運輸系統(tǒng)的年運行時間是200 d，同時按照該每天生產(chǎn)系統(tǒng)運行24 h計算的話。根據(jù)這些數(shù)值就可以估算出該煤礦的皮帶運輸系統(tǒng)在不同狀態(tài)下運行所需的實際耗電情況。表1 中的節(jié)電量為與工頻耗電量相比所節(jié)約出的實際電量。

表1 不同運行頻率下的耗電量與節(jié)電量

2.3 變頻技能技術(shù)在采煤機上的應(yīng)用

目前，我國四象限運行的回饋型交流變頻采煤技術(shù)已經(jīng)處于世界上較為先進階段，整個煤礦企業(yè)的采煤機變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)由原先的一拖二發(fā)展到現(xiàn)階段的一拖一結(jié)果，一般國產(chǎn)的采煤機其功率最大的都是在220 kW，380 V 的變頻器壓完全可以確保采煤機在額定轉(zhuǎn)速下實施快速的運轉(zhuǎn)，同時采煤機的運行情況也會非常穩(wěn)定，智能化的選擇所需的運轉(zhuǎn)速度，這種自行的調(diào)節(jié)功能即使在機器熄火不運行的情況下，也不會出現(xiàn)滑車的情況。這種安全系數(shù)高，自動化靈活性較強的操作，極大的減輕了人力資源的浪費，很好的提高生產(chǎn)效率。

2.4 變頻節(jié)能技術(shù)在提升機中的應(yīng)用

在煤礦生產(chǎn)過程中，提升機是一項非常重要的機器設(shè)備，以往傳統(tǒng)的提升機都是在電機中接入一部分的金屬的電阻，以此方法來達到對提升機調(diào)速的目的，這種傳統(tǒng)調(diào)速方式存在著較多問題需要注意，一方面是存在安全隱患；另一方面是耗電量大。但是將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在煤礦提升機工作系統(tǒng)中，可以有效減少很多傳統(tǒng)提升機存在的不利因素，精確的控制機電體系中各種線路之間的關(guān)系，提升電機運行安全運行速度和平穩(wěn)運行，減少線路損耗與故障維修次數(shù)，更為重要的是對保障煤礦生產(chǎn)行業(yè)的工作人員重要作用，所以說相對于以往傳統(tǒng)提升機工作實效有著非比尋常的先進性。

2.5 變頻節(jié)能技術(shù)在通風(fēng)機上的應(yīng)用

在煤礦開采挖掘中，為了確保井下工作人員的正常作業(yè)，煤礦通風(fēng)機的重要性是不言而喻的，通風(fēng)機可以說是煤礦生產(chǎn)的重要呼吸系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)問題，威脅井下工作人員的人身安全，對煤礦企業(yè)造成的損失是不可估量的?，F(xiàn)代化工業(yè)的生產(chǎn)對煤礦通風(fēng)機系統(tǒng)的要求越來越高，而通風(fēng)機的工作原理與之前所述的皮帶工作原理有其相似之處，都需要較大的電壓電流，因此變頻節(jié)能技術(shù)的引入，在煤礦通風(fēng)機的使用過程中會減少對整個電網(wǎng)的電力運行沖擊，降低能耗的同時通風(fēng)機的使用應(yīng)有使用年限也將得以保障，還有效節(jié)約了煤礦開采的所需成本。

3 變頻節(jié)能技術(shù)的未來發(fā)展

深入調(diào)查煤礦井下坍塌事故會發(fā)現(xiàn)，大部分是因煤礦生產(chǎn)設(shè)備使用不當(dāng)，或煤礦企業(yè)存在不合格生產(chǎn)資質(zhì)。因此國家對煤礦行業(yè)的生產(chǎn)從各個方面開始大力度的整頓，兼并重組，大力度的淘汰一些不合格、無資質(zhì)的小煤炭企業(yè)，在煤炭行業(yè)引進新技術(shù)新設(shè)備。在煤礦行業(yè)生產(chǎn)的各個重要部件適時引入變頻節(jié)能技術(shù)如皮帶運輸系統(tǒng)，提升機，煤礦開采機等。提升其生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量，提高企業(yè)發(fā)展效益。隨著新時代科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，新的變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的范圍越來越大，從20 世紀(jì)80年代人們不斷開發(fā)創(chuàng)新出PWM 智能模塊，該種模塊切實提高了變頻的功率，功率的增強對于穩(wěn)定煤礦生產(chǎn)設(shè)備穩(wěn)定性有著較大作用。另一方面就現(xiàn)階段而言，我國的變頻器應(yīng)用技術(shù)也處于世界先進水平，變頻器所以實現(xiàn)控制功能，主要是因?qū)κЯ颗c轉(zhuǎn)矩兩者關(guān)系之間的控制。在此基礎(chǔ)上關(guān)于對變頻器的應(yīng)用相關(guān)技術(shù)也可以通過對相關(guān)理論的查詢了解到，較為知名的理論主要有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論，模糊自動化理論，等等。我國的變頻節(jié)能技術(shù)，早已從以往的單片機處理方式實現(xiàn)為當(dāng)下先進的編程控制方式。未來隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻節(jié)能這一技術(shù)在煤礦機電中的應(yīng)用前景將會起著重大作用。

4 總結(jié)

現(xiàn)在的煤礦行業(yè)發(fā)展與傳統(tǒng)以往的煤礦行業(yè)有著重大的不同，人們越來越多的開始關(guān)注煤礦開采中的環(huán)境保護問題，生產(chǎn)安全問題等，因此煤礦行業(yè)的發(fā)展面臨著嚴(yán)重的發(fā)展形式。以加強變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦開采機電中的有效應(yīng)用為主要研究方向，實現(xiàn)煤礦行業(yè)的節(jié)能減排式發(fā)展，確保煤礦生產(chǎn)環(huán)境效益的同時，為企業(yè)發(fā)展帶來更為可觀的經(jīng)濟效益。