变频节能技术在煤矿中的应用

变频节能技术在煤矿中的应用

杜立军

淮河能源集团煤业分公司张集煤矿 安徽淮南 232001

摘要：通过对变频节能技术的介绍，分析了变频节能技术的基本原理，进而阐述了变频节能技术在风机系统、水泵系统、矿井提升机、煤矿采煤机、胶带运输机等煤矿机电设备中的具体应用，并对发展前景进行了展望。

关键词：煤矿机电设备；变频节能；技术应用

1 变频节能技术简介

所谓变频节能技术，是借助半导体元件的通断作用来实现对电流工作频率的控制改变，进而提高利用效率，降低能耗的一种新型技术。由电源板、电极电容、控制面板和键盘等部件所组成的变频器是整个技术的核心，变频器能够降低机电设备的耗能。变频节能技术应用在煤矿机电设备中，可以有效改善电动机负载的状况，对于减少能耗、调节输出频率、延长电动机的使用寿命都有很大的帮助。

2 变频节能技术基本原理

核心变频器可以将输入的交流电流借助整流器转换为直流电，进而再把直流电转换为频率不同频率的交流电后传送给电动机，以实现电动机频率的可变。具体来讲，变频节能技术可以将交流电转变为可变性资源，能够大大提高电能的利用效率，还能改善机电设备的综合性能，提高工作效率，而且随着变频技术应用范围的不断扩大，在调控煤矿机电设备的同时还能有效辨识传输信息和编程参数，促进了整个变频节能技术系统的不断完善，此时变频节能技术不再受到传统控制理论的束缚，以矢量控制办法为基础，进行转矩控制，使变频节能技术在煤矿生产中的应用范围进一步扩大，并且与人工神经网络系统、模糊自动化控制系统等进行了有机融合，形成了一个综合性更强、功能更加强大完善的集成系统^[1]。

3 变频节能技术的应用现状

早期时候，受到传统生产理念的影响，变频节能技术并未在煤矿机电设备领域推广开来，随着信息技术的不断发展进步以及节能环保发展理念的形成推广，变频节能技术迎来了新的发展机遇。2l世纪以来，随着变频节能技术研究的不断深入，取得了明显的成绩，应用发展范围也不断扩大，主要应用在以下几个方向：首先在机电设备功率器件方面，经历GTR与IGBT的更替，大大提高了器件功率模块的先进性。其次在机电设备功能方面，变频节能技术的智能化综合化程度明显提高，同时附加诸如通信、编程等功能，同时机电设备调速系统的集成程度不断提升，已经发展到高级专用集成电路的层面，运行效率大大增加。此外在控制理论方面也有所突破，一些新的变频方式得到了开发和利用，诸如人工神经网络等新型控制方式也逐渐了成为开发研究的重点。

4 变频节能技术在煤矿机电设备中的具体应用

4.1 风机系统

风机作为煤矿生产过程中的重要机电设备，在变频节能技术的应用十分必要。传统重复变更风机模式的方法十分复杂，工作量繁重，且容易造成设备的故障，无形中增加生产成本，而利用变频节能技术，则能够充分满足不同生产条件的通风要求。同时将风机的变频节能效果以风机性能曲线的形式形象地反映出来，通过调节机电设备转速来调整风机性能曲线，使之在满足生产需求的同时，将风机运行始终控制在较高的运行效率水平。

4.2 水泵系统

在水泵系统中，水流速度通常需要结合煤矿开采的需要进行控制，水流量通常会长期处于变工况的运行状态，水流调节需要充分考虑水流对水泵的冲击问题。传统的水泵流量调节是以机械调节阀门开关的方式来实现，十分不方便，且会对水资源造成巨大浪费，影响生产的经济性。变频技术的利用，使得在相同排水量的前提下，不论是水泵的功率还是电流都有了比较明显的下降，延长了机械设备的使用寿命，并且与调节控制系统相配套的水泵监控系统也逐渐被应用进去^[2]。

4.3 矿井提升机

矿井提升机在煤矿开采过程中承担着运送工作人员、设备物资的重要职能，其安全稳定运行对于煤矿安全生产有着直接的影响，传统的矿井提升机调速是靠在电动机转子电路中接入金属电阻的方法来实现的，但是电阻损耗很大，且散发大量热量，埋下了安全事故的隐患。而变频节能技术的应用则完美地解决了上述问题，PLC控制的电气控制系统，在提升机速度、位置控制等方面的效果都有了很大的提升，对于其运行状态也实现了动态监测，一旦出现故障，能够已代码的形式直接显示在显示屏幕上，为故障的排除提供了方便，而且在继电器外部的控制系统线路比较简单，继电器数量少，故障发生的几率大大减小，四象限高压变频控制系统的应用，实现了数字信息化的控制，加强了系统的抗干扰性能，加强了低压电路与高压电路之间的联系。

4.4 煤矿采煤机

即便是采用综合性能较高、质量较好的采煤机，在复杂恶劣的运行环境中，依然会存在很大的安全隐患，变频节能技术的应用，使采煤机的牵引方式由原始的液压牵引转变为交流电牵引，四象限变频器调速电牵引系统构造简单、控制方便，在大倾角工作面调节制动力矩的能力十分优秀，保证牵引速度的平稳，极大地减小了事故的发生。

4.5 胶带运输机

传统胶带运输机的启动控制借助软启动器来完成，在实际生产过程中需要多次进行电动机的启停，严重缩短了机电设备使用寿命，变频节能技术的应用极大地改善了上述隋况，还能够有效解决电机失控的问题，并能够有效控制电路电流，防止因电流过大造成的安全生产事故的发生，见图1。

图1 变频技术在皮带输送机中的应用机制

5 变频节能技术在煤炭机电设备中的前景展望

就目前形势来看，尽管各煤炭企业采取了一系列的能源结构调整措施，但是煤炭作为我国国民经济发展主要能源的局面还会较长时间地维持，变频节能技术赋予了煤炭开采的新定义，在煤炭机电设备中的应用将会越来越广泛，在技术层面将会有更大的突破，保证煤矿开采工作的稳定高效运行。

6 结语

变频节能技术在煤矿机电设备中的应用，不仅提高了煤矿开采的安全性，还有效地降低了生产成本，为实现可持续发展战略、积极相应节能减排的号召提供了充分的技术保障和支持。

参考文献

[1]姬萍，魏万清．变频控制技术在煤矿机电设备中的应用[J]．科技创新与应用，2012(10)：101—102．

[2]张楠，赵嘉博．我国煤矿机电设备变频技术的应用现状[J]．沈阳工程学院学报(自然科学版)，2009(1)：45—46．