煤礦機電變頻控制技術與節能淺談

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摘要：煤礦生產是一種典型的大能耗生產過程，能耗所帶來的費用一直是煤礦生產成本的重要構成部分，因此實現能耗的有效降低對于煤礦生產的持續開展和效益提升具有意義重大。在分析變頻節能技術及變頻控制技術基本原理的基礎上，對變頻控制技術應用的必要性及其在井下機電設備中的應用進行了分析，希望能夠為其他煤礦相似工程的開展提供借鑒與參考。

關鍵詞：煤礦；機電控制；變頻技術；節能

0引言

進入新時代以來，中國工業生產技術獲得快速發展，工業生產規模的不斷擴大使得工業生產能耗不斷增加，如何在工業生產中通過有效的技術手段提升能源利用水平、降低生產能耗，早已成為工業生產企業普遍重視的問題。特別是對于煤礦企業來說，作為典型的能耗大戶，高效節能技術的應用對于煤礦綜合效益的提升影響顯著。而變頻控制技術就是一種十分高效的節能技術，將其應用在煤礦生產中，不僅可以降低能耗，節約生產成本，還可以改善設備運行狀態，延長設備使用周期，實現煤礦效益最大化[1]。

1變頻節能技術概述

變頻節能技術是一種借助半導體器件，通過對作業時交流電源頻率的調控，實現電源供應與設備能耗的實時匹配，最大程度減少無功功率，達到降低能耗的目的[2]。該技術應用的核心組件就是變頻裝置，其主要構成部分包括逆變裝置、整流用晶閘管、脈沖發生器及中間直流裝置等，如圖1所示。作業時，通過將變頻裝置添加入生產設備控制線路中，實現對設備動力組件運行頻率的調控，從而實現對生產設備運行速度的控制。而對于煤礦生產機電設備而言，其不同作業狀態下的負載會存在較大差別，通過增設變頻裝置使得設備根據不同作業任務輸出相應的作業功率，在最大程度上降低能耗，提升設備性能，實現煤礦綜合效益的提升[3]。

2變頻控制技術基本原理分析

變頻裝置作業時，生產設備運行所需的工頻電源首先經過整流裝置，通過整流裝置的處理，本不可直接調控電壓及頻率的交流電被轉換為直流電，隨后根據實際作業狀況，對直流電的幅值及頻率進行調控，調控完成后再通過逆變裝置將直流電轉化為煤礦生產設備作業所需的交流電，進而驅動生產設備開展生產作業[4]。一般來說，為確保變頻裝置運行的高效、安全，還需配設一些相應的輔助裝置，比如噪聲消除器、空氣自動開關等，用于提升電流輸出的安全性和穩定性。同時，根據以往工程實踐數據匯總分析發現，變頻狀態下各類設備的運行效率相較于工頻狀態下均會呈現不同程度的提升。

3變頻控制技術應用的必要性分析

在以往的煤礦生產中，許多安全事故的出現均是由井下生產運輸設備的使用不當引起的。近些年，伴隨中國煤礦安全管理力度的持續加大，井下生產設備運行安全標準不斷提升。這種情況下，通過應用變頻控制技術確保井下設備運行的有效性，在降低能耗的同時最大限度地提升設備運行穩定性和延長設備使用壽命，對于提高煤礦安全性意義重大。特別是隨著現代智能技術的發展，變頻作業的效率得到了進一步提升，其對煤礦生產綜合效率的改變更加明顯，不斷推廣應用該項技術意義重大[5]。

4變頻控制技術在井下機電設備中的應用分析

4.1應用于井下提升機中

提升機是實現井下煤炭向地面運輸的主要設備，運行過程中往往需要進行速度的多次調控，以往傳統的電控技術雖然也能夠完成這一任務，但其調速安全性相對較低且能耗巨大。通過將變頻控制技術應用于井下提升作業中，在有效提升設備運行穩定性的同時還可根據運載貨物的不同對速度進行實時調控，這不僅有助于確保物料或人員運輸的高效、安全，還能最大限度地減少對提升機各構成組件的磨損，從而顯著降低設備運行故障率，進一步增強安全性。目前，專配于提升機上的變頻裝置已經問世，其具備優良的兼容性，為煤礦生產效益的提升提供了極大的幫助。

4.2應用于作業面采煤機中

作為井下煤炭回采的直接設備，采煤機生產故障的發生會直接造成整個生產回采作業面的停運，而通過引入變頻控制技術，則可以極大程度改善這一問題?，F階段，中國變頻控制技術的應用水平較高，實際應用中借助變頻控制技術可以實現采煤機的恒速運行，并且確保不出現下滑跑車等現象，使得作業的有效性大幅提升。此外，變頻控制技術的引入也使得采煤控制系統變得更加簡潔、快速，操作速度明顯提升。

4.3應用于皮帶運輸中

從原理層面來看，變頻控制技術在皮帶運輸中的應用與其在提升機中的應用基本相同。在煤炭運輸中，滾筒與皮帶間的摩擦力越大，則皮帶運輸時可承載的重量越大，一次性運輸的煤炭量就越多，同時對設備運行造成的壓力也就越大。因此，變頻控制技術在皮帶運輸中的應用就是為設備負荷和煤炭運輸提供了一個平衡點，從而實現能耗、速度及運量的最佳匹配[6]。過去，為了提升設備運行安全性，多通過液力耦合器進行皮帶軟啟動，但在長時間的使用中極易加速皮帶老化，引發斷裂。而變頻控制技術的應用可以有效降低設備在啟動時的電流，從而最大程度規避瞬時啟動大電流對設備的損壞，在實現能耗有效降低的同時延長設備使用周期，實現安全、長期回采。

4.4應用于流體負荷設備中

在流體變頻設備中運用變頻控制技術，能夠實現對井下風機或水泵運行的變頻調速。其中，變頻控制技術在風機中的應用，可以大幅降低風機運行的最低轉速，實現風機運行能耗的大幅減少，同時提升通風的效率。在井下水泵運行中應用變頻控制技術則可以大幅提升水泵操作的效率和靈活性，使得水泵根據井下實際涌水量進行抽排水作業，最大程度降低能耗，避免不必要的能源浪費。

5結語

煤礦生產是一種典型的大能耗生產過程，能耗一直是制約煤礦綜合效益提升的主要因素之一。因此，在煤礦生產實際中有效運用變頻控制技術，通過變頻裝置的廣泛使用，實現井下各項工序作業量與能耗的最佳匹配，以最小的能耗實現最優的作業效率，從而在實現煤礦有效運轉的同時盡可能降低能耗，為煤礦生產綜合效益的持續提升提供堅實保障。

參考文獻：

［1］劉輝.煤礦主通風機節能改造分析及實踐［J］.煤礦機械，2019，40(8)：126-127.

［2］劉杰.變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用［J］.陜西煤炭，2019，38(2)：177-178.

［3］成榮杰.變頻調速永磁電機在井下大巷帶式輸送機上的應用［J］.內蒙古煤炭經濟，2018(1)：8.

作者：楊向明 單位：山西蘭花同寶煤業有限公司