对煤矿机电设备变频节能技术的应用探讨

摘要：节能安全，提高效率是当前煤矿生产中最重要的两条生产原则。在当代科技迅速发展的今天，同时也面临着严重的资源能源短缺的问题，为了更好的实现节能安全，提高煤矿生产效率，就必须对煤矿的机电设备进行改进，增大机电设备的使用性能，提高其技术含量。其中变频节能技术的应用大大的提高了煤矿机电设备的节能性能和调节功能，使煤矿生产中所使用的机电设备的条件得到了很好的改善。现本文就通过分析变频技术的应用原理，来探讨我国煤矿机电设备中变频节能技术的应用，并指出来变频节能技术的应用前景是非常广阔的。

关键词：煤矿机电设备 变频节能 技术应用

我国是一个煤矿资源丰富的煤矿大国，在我国的地表土层中，蕴藏着巨大的煤矿资源。煤矿业的发展为我国的国民经济增长带来很大的推动作用。然而我国的煤矿开采业的现状却依然不乐观，遍布全国的煤矿中，尤其是一些小煤矿，其开采技术还较为传统落后，生产中的安全问题依然没有得到有效的保障，并且煤矿生产的效率较低，生产耗能较大。为了改变这一现状，变频节能技术逐渐被应用在煤矿机电设备的技术中，在经过理论与实践的结合后，变频节能技术在煤矿机电设备的应用中表现出良好的使用性能，具有很大的推广应用价值，在提高煤矿生产效率，实现节能安全和有效机械调节等方面有着重要的作用。

一、煤矿机电设备变频节能技术的应用现状与原理

由于煤矿生产中，对于生产安全的问题要求较为严格，所以变频节能技术并没有轻易的在煤矿机电设备中进行应用。但随着电子信息技术的发展以及节能理念的推广，变频节能技术逐渐被应用于煤矿生产的机电设备中，如矿井提升机、空压机、采煤机、皮带输送机等。在经过实践应用后发现，采用节能变频技术的机电设备的运转效率大大提高，且比之前未采用该技术的同一机电设备的耗能量有了很大幅度的降低，同时也缩减了设备维修养护的开支，促进了煤矿产业经济效益的提升[1]。而为煤矿机电设备的性能改善作出很大贡献的变频节能技术的应用原理是什么呢？原来变频节能技术具有和其他传统的交流电不一样的特点，它主要运用了变频调速技术将交流电的固定频率转化成为了一种能够被充分利用的变动资源。

首先是在功率器件方面。经过了 GTR IGBT的更替发展起来的智能功率模块 IPM，能够将变频的功率不断地增大。其次是压频比（U/f）控制方式得到很大改进是控制理论上的革新，这方面的创新主要的是采用了矢量的控制办法和进行直接的转矩控制，能够将实际当中的变频节能技术应用到更大的范围内。

其次是在新的研发方向上，出现了模糊自优化控制和人工神经网络等控制方法的创新，整个变频技术的集成系统能够获得更大范围上的集中，技术也由原来比较单一的数字信息处理，发展到目前比较先进的高级专用集成电路。从单片机开始，先后产生了数字信号处理器（DPS），精简指令集计算机（RISC），出现的高级专用集成电路（ASIC）。最后是在整个变频的功能上，获得了越来越高的综合应用，不仅是具有比较基本的调速功能，而且还具有编程序参数辨识及通信等功能。利用电力半导体器件的通断作用把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的电能控制装置称作“变频器”。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的[2]。

二、变频节能技术在我国煤矿机电设备中应用分析

2.1 在采煤机中的应用

目前，采煤机变频调速系统已从“一拖二”发展到“一拖一”，我国能量回馈型四象限运行的交流变颈调速采煤技术处于世界领先水平，国产电牵引采煤机行走功率最大 2×110KW，变频器电压380V，能够实现额定转速下恒定转矩调速，额定转速以上恒定功率调速及两台变频器之间的主从控制和转矩平衡。从现场运行情况来看，四象限变频器调速电牵引采煤机对大倾角工作面能较大范围内调节制动力矩，维持牵引速度基本不变，机器没有发生下滑跑车的现象，结构简单、控制灵活。操作方便、速度调节可靠。

2.2 在提升机中的应用

提升机是煤矿当中的一项重要的机电设备，对煤矿的生产和人员安全有着重大的作用。传统的采用在电动机转子电路内接入金属电阻的方法虽然也能够到达调速的目的，但是在实际当中，常常会存在着很大的安全隐患和对电能的大量消耗。在提升机当中使用变频节能技术，主要的是选用交流四象限变频调速系统配上变频防爆提升机，实现数学信息化的控制，在完备的输入和输出接口当中，实现对提升机的远程控制，确保提升机完成担负着输送物料和人员的重要任务[3]。

2.3 在皮带输送机中的应用

变频技术在皮带机方面的应用具有和提升机相同的原理。在皮带将井下的煤炭运送到地面上的过程当中，更大地发挥摩擦力的牵引作用，通过张力变形和摩擦力带动物体在支撑辊轮上运动，成功地完成煤炭运送工作。在传统的皮带机运输过程当中，采用液力耦合器来实现皮带机的软启动，这常常容易造成皮带断裂和老化。采用变频技能技术主要是降低电机启动时的电流波动，减少机电内内的机械冲击和发热的情况。使得皮带机的传送功能能够获得最大的发挥，解决功率平均和同步问题。

2.4 在流体负荷设备中的应用

变频节能技术在流体负荷设备中的应用主要体现在风机和泵所采用的变频调速。在风机中变频调速的应用越来越多，同时出现了为煤矿特殊环境专门设计的变频调速装置。改造后的风机，实际转速较改进前最低转速下降了很多。电机实际输出功率为改进前前导器半关闭时的 1/3 风量和风压，更加适合矿井特性，每年可节约大量的电费。而变频调速在矿区给水、给液用泵中应用灵活，明显降低了设备的机械冲击，增加了工艺系统控制的灵活性，提高了产品质量。可以灵活的控制抽水泵的平滑起停、适时加减速，保证了井下液位的恒定，降低了泵空转时间和频繁起停带来的大量能耗，机械设备的损耗也相应降低，保证了生产的安全高效运行。

就我矿来看，提升机等机电设备应用了此变频节能技术之后，其节能效果相当好，节约了 20～30%的能源消耗。按照当前变频节能技术在煤矿机电设备中应用的现状来看，其发展前景是非常广阔的，尤其是在社会对能源需求量越来越大的情况下，使用高效节能安全的变频节能技术必然成为煤矿机电设备发展的主要趋势，除了现有的几种已经使用变频节能技术的机电设备，还有很多其他的煤矿机电设备亟待改进，为此，发展与之相匹配的变频节能技术是非常有必要的。

参考文献：

[1]胡正全.故障检测诊断技术在煤矿机电设备的应用[J].商业文化（学术版），2008（5）.

[2]蔡捷.故障检测诊断技术在矿山机电设备中的应用[J].中国高新技术企业，2008（15）.

[3]郝继锋.煤矿综合用能优化分析系统研究[J].煤炭经济研究，2010（2）.