变频节能技术在矿山机电设备的应用
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【摘要】煤矿生产中应用非常多数量和种类的机电设备，为了实现生产效率的提升，通常煤矿企业会确保这一系列机电设备处在长期的运行状态中，因此煤矿企业生产会耗费较多的能源，这跟煤矿企业的节能降耗和可持续发展原则相悖。而煤矿机电设备中应用变频节能技术可以有效地降低机电设备的能源消耗量。在分析变频节能技术及其基本原理的基础上，阐述了变频节能技术在矿山机电设备中的应用。
【关键词】变频节能;矿山;机电设备;应用
一、前言
如今，迅速发展的重工业形成了大量的环境及能源问题。在确保社会经济发展的过程中，人们提出了新能源和资源应用率提升等概念，也应用了一系列新方法和新技术。在开采矿山中，变频节能技术即是其中之一。将变频装置增加于采矿装置中，一是可以使应用的电力能源减少，以减小生产费用；二是可以结合设备的实际应用现状，调整其性能为最理想的状态，以减小设备能耗，实现煤矿开采环境的优化。
二、变频节能技术及其基本原理
1.变频节能技术
变频节能技术结合半导体器件的调节实现交流电源频率的改变，调整固有的固定式频率为用户要求的频率，实现减小设备能耗的效果。此技术的中心组成元件是变频器，其由中间直流环节、控制部分、逆变器和整流晶闸管这几个部分组成。在线路中加装变频器之后，变频器可以控制线路中发动机等装置的工作频率，实现控制设备工作速度的效果。在煤矿机电设备中，由于实际任务的不同，电动机的负载会频繁发生改变，因此应用变频器对电动机的运行频率予以调节，能够使设备的能耗大大降低并实现设备性能的优化。
2.变频节能技术的基本原理
对于运行中的变频器，交流工频电源首先经由一个整流器，这时候不可调节电压与频率的交流点向直流电转换，然后基于工作指令的控制，控制电路会控制电源的幅值与频率，然后结合逆变器转化直流电为当时状态之下电动机要求的可调节的电压和频率的交流电，以实现负载工作。一般来讲，应将一部分辅助设备（像是噪声消除器、自动空气开关等）安装在变频器中，以确保更加稳定和安全地输出电流。很多试验数据证实，相比较于工频，变频状态下运行的一系列负载可以大大提升工作效率。
三、变频节能技术在矿山机电设备中的具体应用
1.变频节能技术在提升设备中的应用
传统的提升机运行方式是首先在电动机转子电路中接入金属电阻，再结合鼓型接触器或控制器将电阻切除，进而实现调速目的。然而，这面临电阻耗能多、提升机中散热状况不佳等缺陷，且电阻调速的可调节范围不大，在应用实践中，调速的精确性不高。在下放时与减速段，因应用动力制动，来不及消耗低频电源或直流电源的能量，不但使电能浪费，而且会损坏设备，从而使运行设备面临安全问题。在煤矿提升机驱动系统中应用变频控制技术，能够从源头上处理传统煤矿提升机工作方式形成的一系列问题，确保提升机在平稳无级的状态中减速运行和加速运行，从而实现整体提升系统的改进，真正地保护一系列煤矿提升机。在矿山机电设备中应用变频控制技术的优势如下：一是变频控制技术结合编程器指令编写电控系统和程序当中的继电器逻辑关系，并且控制梯形图与电路图的互相转换，快捷和方便，从而使错误出现率大大降低。二是变频控制技术外部线路控制执行继电器数量比较少，不但节省空间，而且增加了安全系数，降低机器设备的故障率，以及减少维护频率，从而节省生产费用和提升煤矿经济效益。三是能够结合编程器与显示屏检测变频控制系统的故障，非常便捷，以及适宜对电气与机械故障进行检测。四是可扩展性强和精度控制高，仅仅要求修正内部程序就可以转换系统的功能参数，能够使柔性控制切实实现，跟传统的运行方式（更改硬件接线）进行比较，具备操作简便的优势。五是回馈制动，在煤矿提升机处在负力状态的情况下，电动机的再生能量形成，且向电网反馈，具备节省电能的效果，以及在此过程中，因为增加了制动力矩，所以大大提升了绞车下面的安全系数。六是跟传统煤矿提升机的运行方式进行比较，并非结合机械调节变频控制技术的制动和速度，而是结合电气控制，如此的控制系统能够使机械摩擦与系统冲击减少，从而保护设备的性能和实现设备应用时间的延长。
2.变频节能技术在带设备中的应用
相比较于煤矿提升机，煤矿带机的功率较大，是结合绕线电动机通过转子绕组降压起动之后工频运行，然后结合液力耦合器向带机切换。带机的运行原理是首先将轮毂驱动，然后结合摩擦力推动传送带工作。带能够结合自身的变形与张力，再基于摩擦力的影响下，在滚轴上往前运动。在煤矿生产过程中，为了避免带机起动电流太大，一般会优化其中的转子串接电阻转矩以及实施减压空载起动的策略，然而，这些策略难以实现理想的减小起动电流效果，且会导致电动机中形成机械冲击、严重发热和电网电压不稳定等现象。再者，带机运行老化与断裂、带机起动时间较短等，因此通常煤矿生产作业要求带机具备比较高的韧性。运行过程中的液力耦合器存在提升油温、加剧零件磨损等情况，这一系列缺陷不但使机械维护费用增加，而且会污染环境，以及导致较难处理的功率平均和同步问题，因此不利于煤矿生产工作的开展。将变频控制技术应用于带机中，能够使带机输送机的软停和软起实现，让带机具备稳定的性能。变频技术被应用之后，运行系统能够实时观测负载的现状，以及调节输出力矩与频率，解决传统运行方式中电动机的恒速运行问题，以及节省资能源和实现煤矿生产安全系数的增加，降低过载形成的危险性，从而大大提高煤矿生产效率。与此同时，高压变频器具备反馈带机能量的作用，这导致其在降低能耗的过程中也减少了维护设备的功耗，从而使煤矿节省了财力、物力和人力，保护了环境。
3.变频节能技术在通风设备中的应用
对于矿井的很多生产设备来讲，通风机中的主扇风机具备举足轻重的地位。通风机的关键作用在于确保矿井生产条件中空气的流畅性，将有毒有害气体排出，换入新鲜空气。因为通风机的工作时间比较长，通风效果跟煤矿财产安全与员工的生命安全密切相关，所以，煤矿通风系统也被叫做煤矿的“呼吸系统”。基于煤矿采掘的不断开展，煤矿采掘持续增加深度，因此对煤矿风机功率的要求越来越高。持续增加的通风机功率要求，业已变成制约煤矿作业深入开展的一个关键性阻碍。鉴于此，倘若在煤矿通风设备中应用变频技术，那么就能够在生产过程中结合实际要求的风量大小自主调整通风机的运行功率，防止浪费电能，能够合理地降低能耗，从而能够实现理想的节能效果。并且，在煤矿通风机设备中应用变频节能技术，可以使通风机的变频软起动实现，不但降低了电流起动冲击煤矿设备的程度，而且降低了电网设备受到电流的冲击程度，这样可以有效地保护煤矿电网设备与生产设备。在煤矿生产中，因为大部分时候通风机的运行处在低速状态中，所以在煤矿通风机设备中应用变频节能技术，可以在减小设备运行强度的情况下延长设备的应用年限，以及降低投入的设备维修费用，从而大大提升煤矿井下生产效率以及实现人力和物力的节省。需要引起注意的是，为了确保电动机具备统一的转速，大部分情况下会结合要求设置多台电动机的工作频率为一致的数值，从而防止因为一系列设备工作量的差别而使风阻形成，以确保通风机的顺利工作。
四、结语
总而言之，采煤机、风机以及提升机等装置是主要的能源消耗对象，相关人员要从其本身入手，对其运行方式将进行研究，对其中可引进变频节能技术的点进行寻找，然后将变频器安装在相关位置处，使该种设备能源使用量和浪费量同时得到节约。在安装变频器后，相关人员要通过实验，检测能源消耗量，然后对其进行优化改善，使其最终的节能优势得到显著表现。
参考文献
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作者:汪庭德 单位:甘肃华亭煤电股份有限公司陈家沟煤矿
