煤矿机电设备中变频节能技术的思考

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　　摘 要：煤矿企业生产需要耗费大量的电能，应该以保证安全生产作为前提，开展好节能降耗的工作。本文对变频节能技术进行简单地介绍，并对变频节能技术在煤矿设备中的应用展开思考。
　　关键词：变频节能；煤矿企业；机电设备
　　国内的煤炭资源有着很大的储量，对保证经济建设发挥着重要作用。煤矿生产需要耗费大量的电能，能源的利用效率不高，随着GTR、IGBT元件性能的不断进步，很多煤矿把变频节能技术应用到煤炭资源开采和生产中，取得了很好的节能效果，具有很好的推广价值。
　　1 变频节能技术
　　变频技术，是把具备50赫兹的交流电通过整流元件调制为537伏的直流电，采用DSP芯片控制IGBT元件把直流电逆变为频率可调的交流电，从而实现对电源频率的控制。而电机的运行速度公式为ｖ＝60f/p，f为电源频率，p为电机的极对数，可以通过对电源频率的控制实现对电机的调速。传统的电力拖动控制，电机运行速度调整范围较窄，使得电机运行速度无法与煤矿生产要求匹配，即便采用串电阻或改变极对数的控制方式，也只能实现一定转速范围内的调整，使得很多电能消耗到制动电阻中。电机内部的电能耗损出比较严重，无法达到设计的使用寿命。
　　2 煤矿生产设备变频节能技术原理
　　变频器内部的GTR或IGBT功率模块对煤矿节能发挥着重要作用，IPM功率模块可以应用到更大功能的煤矿生产设备当中。随着变频控制技术的发展，压频比的控制方式已经取得了很大的创新，矢量控制技术使得控制精度得到了较大的提升，可以更为广泛地应用到提升类负载中，使得变频技术更适用于煤矿生产。
　　从控制理論来看，模糊控制和人工神经网络控制可以使变频技术有着更为广泛的应用范围，内部采用集成电路可以实现对数字信号的处理，也可以实现与控制设备的通讯，开放性的通信协议使得控制起来更为方便。变频节能技术不但可以实现对电机的调速，还可以具备控制程序和参数设置功能，水泵风机变频器、矢量变频器等可以使变频技术针对不同工况进行调速。
　　3 变频节能技术在煤矿设备中的应用
　　3.1 提升机变频节能技术
　　煤矿企业的生产离不开性能可靠的提升机，提升机是煤矿生产的关键设备，提升机的稳定性、可靠性直接影响着煤矿生产安全，也是主要的耗能设备。传统的提升机调速采用对电机转子串电阻的控制方式，控制回路中采用电阻箱，并配套控制电路来控制串入电机转子电阻数量，可以实现多个速度区段的调速，但该调速技术安全性较低，虽然实现一定的电机速度控制，但很多电能被浪费到电阻箱中。变频调速技术的发展，使得提升机电机可以在不同的象限中实现调速，再配套控制系统实现对提升机运行状态的监测，可以在更宽的速度区间内实现对电机调速。
　　3.2 皮带输送机变频节能技术
　　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 流体负荷变频节能技术
　　煤矿生产中离不开风机水泵类设备，负载转矩和电机运行速度平方呈现出正比例关系，流体类负载需要输入较大的启动功率，方可以使风机水泵设备进入到正常工作状态，传统的流量控制通过对阀门进行控制，采用电机恒速驱动同样存在着电能浪费，也无法达到流体流量控制要求，生产效率不高。采用专用于风机水泵类负载的变频器，可以更好的实现对流体设备调速，配套控制功能可以根据生产需求进行启停和调整控制，驱动电机的运行速度可以合理的降低，驱动功率也会相应的减少，可以与矿井瓦斯进行安全闭锁，并具备过流和断电保护功能，可以更好地满足煤矿生产需求，可以起到很好的节能效果。变频节能技术的应用，使得煤矿风机水泵类设备控制更加灵活，避免由于对机械设备产生冲击。煤矿水泵的变频调速可以把矿井液位控制进行结合，根据液位情况来调速水泵运行速度，有效降低了水泵空转时间和高频次启停带来的电能消耗和冲击，在达到节能效果的同时，保证煤矿的安全生产。
　　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。
　　5 结语
　　综上所述，煤矿生产的多种设备都需要耗费大量的电能，采用变频节能技术可以把电能消耗量减少30%左右，具有很好应用前景。当前，变频节能技术还没有完全普及，煤矿生产所需的机电设备类型较多，需做好变频器选型匹配工作，加大对原来机电设备的变频调速改造，可以达到较为理想的节能减排的效果，从而为企业创造更多的经济效益。
　　参考文献：
　　［1］张科.煤矿机电设备中变频节能技术的运用分析［J］.能源与节能，2019（07）：76-77.
　　［2］张倩.煤矿机电设备中变频节能技术的应用研究［J］.设备管理与维修，2019（12）：244-245.
　　作者简介：王军辉（1986-），男，汉族，陕西渭南人，本科，工程师，煤矿机电技术应用。
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