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煤矿机电设备中变频节能技术应用分析王志强

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：王志强

[导读] 摘要：变频节能技术的发展和应用可以有效地降低能源损耗，在各个行业得到了广泛的认可，越来越多的企业开始应用这项技术。

        贵州智强恒兴矿技术服务有限公司贵州贵阳 550081
        摘要：变频节能技术的发展和应用可以有效地降低能源损耗，在各个行业得到了广泛的认可，越来越多的企业开始应用这项技术。煤矿的开采和使用不仅要保证高质量，还必须确保节能性和安全性。
        关键词：煤矿；机电设备；变频节能技术；应用分析
        引言
        目前，节能减排已成为世界普遍关注的问题之一，大多数国家都面临着比较严重的能源危机。因此，必须立足长远，不断升级和完善煤矿的机电设备，提高变频节能技术水平。
        1.变频节能技术在煤矿机电设备应用中的作用
        变频节能技术即通过对运行状态下设备的电流频率进行调整，而达到降低设备运行能耗的目的的一种新型技术，具有良好的节能效果。变频器设备是变频节能技术的重要体现，此设备具体由电源装置、电极电容装置、数控装置和质量输入装置等部分组成。在这些设备的有效配合下，变频器可以有效对机电设备运行状态下的电流频率进行控制，从而达到改变设备运行转速的目的。
        1.1能够有效降低煤矿企业的运行能耗，促进煤炭行业由粗放型向集约型方向转变，促进产业的健康发展。
        1.2可以有效确保机电设备的稳定运行，降低机电设备运行过程中产生的设备损耗，不但有利于节约企业在设备巡检和设备维修方面的人力物力投入，也有助于煤矿机电设备管理效能的提升。
        2.变频节能技术的原理及应用
        2.1变频节能技术原理
        变频节能技术的基本原理：在某一段时期内，一些设备所使用的交流电的频率都是固定不变的，维持在一个平衡的状态中，而变频节能技术打破了这个平衡，使频率可随时发生变化，并且可随着人们自己的意愿随意调节，简而言之就是工频电流的信号在整流器中变为直流电源，相关的原理如图所示。变频器的结构比一般的设备更加复杂，组成部分也十分重要，涉及的元器部件种类繁多，变频器会根据设备的实际情况，对电机的速度进行控制，可以达到节约能源的目的，其中，每个系数都代表着不同的意思，比如，PID控制，它主要控制着比例、积分、微分等相关系数，目标值进入电流中，输出值返回到压力变送器中，返回信号。

        变频节能技术的基础原理图
        2.2变频节能技术的应用
        我国虽然在能源科技上取得了比较明显的成效，但是和世界能源强国相比较，还有着明显的不足，比如，在国外一些发达国家，早就研发出了煤炭的节能开采技术，早已经应用在了一些重点煤矿区域，在这些区域内完全可以做到无人化开采。在国外，变频节能技术已经发展得非常成熟，基本能保证在2035年之前实现智能化地开采模式，而在我国，这项技术还有很大的发展提升空间。2.3变频节能技术的应用顾名思义，变频器是一种特殊的控制装置，不仅具有开关的功能，更重要的是，它可以转换不同的电流频率，这项技术是通过利用一些设备实现电流频率的改变，这些装置就是变频设备，它不仅可以有效地调节整个马达的速度，更重要的是，它可以通过开关功能调节频率。变频器使用功率半导体器件来打开和关闭功率频率电源。在煤矿生产中，如果将变频节能技术合理地应用于煤矿机电设备，一方面，可以降低煤矿工业用电成本投资；另一方面，可以控制设备的废弃物排放，减少对环境的污染，真正起到了节能减排的作用。
        3.变频节能技术在煤矿设备中的应用
        3.1变频节能技术在煤矿通风设备中的应用
        通风机主要应用于煤矿生产过程中的井下通风，因为煤矿作业的地下操作较多，所以通风机的运行效率在很大程度上决定着工作效率，且对生产人员的人身安全有着非常重要的影响。如果通风机在使用中发生故障，就会严重影响煤矿的正常生产。如果大型通风机出现故障甚至可能会导致企业的停产和井下事故等各种严重的问题。大部分煤矿企业的通风机都处于全天运行的状态，因此需要消耗大量的电能。煤矿原来的工作方式为全年12个月，每月工作30天，通风机的功率通常在500~1000kW范围之内，通常情况下通风机会消耗掉煤矿生产电能的五分之一以上。通过引入变频节能技术可以有效对煤矿通风机的工作进行优化，煤矿企业通过对高效高能工作的推广并在国家法定假日实行，如此以来设备每年的休息时间可以达到2400小时，如果保风量为常规状况下的85%，那么变频节能技术在通风机的应用上就可以有效降低电能消耗量，下降比例高达27%。根据以上数据可知，变频节能技术在通风机中的应用不仅可以对通风机的调转速度进行调整，还能够有效促进通风机整体运行效能的提升。
        3.2变频节能技术在煤矿胶带输送设备中的应用
        皮带输送机利用皮带和辊轮把煤炭输送出来，是一种通过摩擦力和张力进行牵引的设备，是煤矿生产的重要设备之一。皮带输送机驱动电机需要采用液力耦合器来实现软启动，无法根据煤炭资源重量来实现变频调速，驱动电机保持在恒定转速状态，存在着较大的电能浪费。变频技术可以实现液力耦合器的软启动功能，启动电流数值较小，可以避免驱动电机产生发热和冲击现象，可以把皮带输送机煤炭输送性能完全发挥出来。变频调速装置也可以把电机进入到发电状态的电能回馈到电网中，避免由于制动造成的电能损失，避免对机械设备产生冲击，可以提高设备使用寿命。采用四象限变频调速技术，需要把整流桥改进行IPM功率模块，从而建立起可控整流桥。驱动电机工作于发电机状态时，逆变控制电路具备整流功能，而变频器电源端的整流电路起到逆变作用，可以把电能输送到电网当中。
        3.3变频节能技术在煤矿采煤机设备中的应用
        煤矿采煤机是煤矿企业运行过程中的重要作业工具，在很大程度上支持着采煤工作的开展。采煤机能否有效运行，对煤矿的生产效率及工作人员的绩效薪酬产生着十分重要的影响。采煤机承受着较大的机械应力，在工作过程中需要在一条采煤动线上不断重复，而且由于工作环境温度低、湿度大且存在一定的腐蚀性液体和气体，所以，在煤矿运营过程中，采煤机常常会出现各种故障。但是，采煤机出现故障不仅严重影响着工作人员的生命安全，而且还可能引发各种严重的安全事故。变频节能技术在采煤机中的应用必须要从采煤机的特殊性出发，并在此基础上实现采煤机的升级改造。首先，技术人员可以从变频器的现状出发，在采煤机中装入相应的数控软件，有效利用变频器提升采煤机的采掘速度和工作质量，提高采煤作业的针对性和采挖效率。其次，变频节能技术可以减少采煤机的损坏，从而有利于节约采煤机的维修费用。然后，技术人员应加强产品的研发、升级，不断研究新型采煤变频器，提升变频器的兼容性，将以往的“一拖二”系统向“一拖一”系统转型升级，促进采煤机有效性的进一步提升。
        4.变频器节能技术在煤矿设备中的应用前景
        随着电子技术和控制技术的不断进步，大功率和高电压的变频装置的性能也在不断完善，变频技术具有很好的节能特性，可以进一步降低煤矿生产成本，使煤矿生产工艺不断得到完善。由于煤矿是高耗能行业，把变频节能技术应用到煤矿生产中，会对煤矿降本增效产生更大的促进作用。
        结束语
        综上所述，变频节能技术可以有效地降低能源损耗，提高设备的运行速度，提升煤矿的经济效益，保护机器设备的正常使用进而保护环境等。
        参考文献：
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