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【摘要】煤礦生產中應用非常多數量和種類的機電設備，為了實現生產效率的提升，通常煤礦企業會確保這一系列機電設備處在長期的運行狀態中，因此煤礦企業生產會耗費較多的能源，這跟煤礦企業的節能降耗和可持續發展原則相悖。而煤礦機電設備中應用變頻節能技術可以有效地降低機電設備的能源消耗量。在分析變頻節能技術及其基本原理的基礎上，闡述了變頻節能技術在礦山機電設備中的應用。

【關鍵詞】變頻節能;礦山;機電設備;應用

一、前言

如今，迅速發展的重工業形成了大量的環境及能源問題。在確保社會經濟發展的過程中，人們提出了新能源和資源應用率提升等概念，也應用了一系列新方法和新技術。在開采礦山中，變頻節能技術即是其中之一。將變頻裝置增加于采礦裝置中，一是可以使應用的電力能源減少，以減小生產費用；二是可以結合設備的實際應用現狀，調整其性能為最理想的狀態，以減小設備能耗，實現煤礦開采環境的優化。

二、變頻節能技術及其基本原理

1.變頻節能技術

變頻節能技術結合半導體器件的調節實現交流電源頻率的改變，調整固有的固定式頻率為用戶要求的頻率，實現減小設備能耗的效果。此技術的中心組成元件是變頻器，其由中間直流環節、控制部分、逆變器和整流晶閘管這幾個部分組成。在線路中加裝變頻器之后，變頻器可以控制線路中發動機等裝置的工作頻率，實現控制設備工作速度的效果。在煤礦機電設備中，由于實際任務的不同，電動機的負載會頻繁發生改變，因此應用變頻器對電動機的運行頻率予以調節，能夠使設備的能耗大大降低并實現設備性能的優化。

2.變頻節能技術的基本原理

對于運行中的變頻器，交流工頻電源首先經由一個整流器，這時候不可調節電壓與頻率的交流點向直流電轉換，然后基于工作指令的控制，控制電路會控制電源的幅值與頻率，然后結合逆變器轉化直流電為當時狀態之下電動機要求的可調節的電壓和頻率的交流電，以實現負載工作。一般來講，應將一部分輔助設備（像是噪聲消除器、自動空氣開關等）安裝在變頻器中，以確保更加穩定和安全地輸出電流。很多試驗數據證實，相比較于工頻，變頻狀態下運行的一系列負載可以大大提升工作效率。

三、變頻節能技術在礦山機電設備中的具體應用

1.變頻節能技術在提升設備中的應用

傳統的提升機運行方式是首先在電動機轉子電路中接入金屬電阻，再結合鼓型接觸器或控制器將電阻切除，進而實現調速目的。然而，這面臨電阻耗能多、提升機中散熱狀況不佳等缺陷，且電阻調速的可調節范圍不大，在應用實踐中，調速的精確性不高。在下放時與減速段，因應用動力制動，來不及消耗低頻電源或直流電源的能量，不但使電能浪費，而且會損壞設備，從而使運行設備面臨安全問題。在煤礦提升機驅動系統中應用變頻控制技術，能夠從源頭上處理傳統煤礦提升機工作方式形成的一系列問題，確保提升機在平穩無級的狀態中減速運行和加速運行，從而實現整體提升系統的改進，真正地保護一系列煤礦提升機。在礦山機電設備中應用變頻控制技術的優勢如下：一是變頻控制技術結合編程器指令編寫電控系統和程序當中的繼電器邏輯關系，并且控制梯形圖與電路圖的互相轉換，快捷和方便，從而使錯誤出現率大大降低。二是變頻控制技術外部線路控制執行繼電器數量比較少，不但節省空間，而且增加了安全系數，降低機器設備的故障率，以及減少維護頻率，從而節省生產費用和提升煤礦經濟效益。三是能夠結合編程器與顯示屏檢測變頻控制系統的故障，非常便捷，以及適宜對電氣與機械故障進行檢測。四是可擴展性強和精度控制高，僅僅要求修正內部程序就可以轉換系統的功能參數，能夠使柔性控制切實實現，跟傳統的運行方式（更改硬件接線）進行比較，具備操作簡便的優勢。五是回饋制動，在煤礦提升機處在負力狀態的情況下，電動機的再生能量形成，且向電網反饋，具備節省電能的效果，以及在此過程中，因為增加了制動力矩，所以大大提升了絞車下面的安全系數。六是跟傳統煤礦提升機的運行方式進行比較，并非結合機械調節變頻控制技術的制動和速度，而是結合電氣控制，如此的控制系統能夠使機械摩擦與系統沖擊減少，從而保護設備的性能和實現設備應用時間的延長。

2.變頻節能技術在帶設備中的應用

相比較于煤礦提升機，煤礦帶機的功率較大，是結合繞線電動機通過轉子繞組降壓起動之后工頻運行，然后結合液力耦合器向帶機切換。帶機的運行原理是首先將輪轂驅動，然后結合摩擦力推動傳送帶工作。帶能夠結合自身的變形與張力，再基于摩擦力的影響下，在滾軸上往前運動。在煤礦生產過程中，為了避免帶機起動電流太大，一般會優化其中的轉子串接電阻轉矩以及實施減壓空載起動的策略，然而，這些策略難以實現理想的減小起動電流效果，且會導致電動機中形成機械沖擊、嚴重發熱和電網電壓不穩定等現象。再者，帶機運行老化與斷裂、帶機起動時間較短等，因此通常煤礦生產作業要求帶機具備比較高的韌性。運行過程中的液力耦合器存在提升油溫、加劇零件磨損等情況，這一系列缺陷不但使機械維護費用增加，而且會污染環境，以及導致較難處理的功率平均和同步問題，因此不利于煤礦生產工作的開展。將變頻控制技術應用于帶機中，能夠使帶機輸送機的軟停和軟起實現，讓帶機具備穩定的性能。變頻技術被應用之后，運行系統能夠實時觀測負載的現狀，以及調節輸出力矩與頻率，解決傳統運行方式中電動機的恒速運行問題，以及節省資能源和實現煤礦生產安全系數的增加，降低過載形成的危險性，從而大大提高煤礦生產效率。與此同時，高壓變頻器具備反饋帶機能量的作用，這導致其在降低能耗的過程中也減少了維護設備的功耗，從而使煤礦節省了財力、物力和人力，保護了環境。

3.變頻節能技術在通風設備中的應用

對于礦井的很多生產設備來講，通風機中的主扇風機具備舉足輕重的地位。通風機的關鍵作用在于確保礦井生產條件中空氣的流暢性，將有毒有害氣體排出，換入新鮮空氣。因為通風機的工作時間比較長，通風效果跟煤礦財產安全與員工的生命安全密切相關，所以，煤礦通風系統也被叫做煤礦的“呼吸系統”。基于煤礦采掘的不斷開展，煤礦采掘持續增加深度，因此對煤礦風機功率的要求越來越高。持續增加的通風機功率要求，業已變成制約煤礦作業深入開展的一個關鍵性阻礙。鑒于此，倘若在煤礦通風設備中應用變頻技術，那么就能夠在生產過程中結合實際要求的風量大小自主調整通風機的運行功率，防止浪費電能，能夠合理地降低能耗，從而能夠實現理想的節能效果。并且，在煤礦通風機設備中應用變頻節能技術，可以使通風機的變頻軟起動實現，不但降低了電流起動沖擊煤礦設備的程度，而且降低了電網設備受到電流的沖擊程度，這樣可以有效地保護煤礦電網設備與生產設備。在煤礦生產中，因為大部分時候通風機的運行處在低速狀態中，所以在煤礦通風機設備中應用變頻節能技術，可以在減小設備運行強度的情況下延長設備的應用年限，以及降低投入的設備維修費用，從而大大提升煤礦井下生產效率以及實現人力和物力的節省。需要引起注意的是，為了確保電動機具備統一的轉速，大部分情況下會結合要求設置多臺電動機的工作頻率為一致的數值，從而防止因為一系列設備工作量的差別而使風阻形成，以確保通風機的順利工作。

四、結語

總而言之，采煤機、風機以及提升機等裝置是主要的能源消耗對象，相關人員要從其本身入手，對其運行方式將進行研究，對其中可引進變頻節能技術的點進行尋找，然后將變頻器安裝在相關位置處，使該種設備能源使用量和浪費量同時得到節約。在安裝變頻器后，相關人員要通過實驗，檢測能源消耗量，然后對其進行優化改善，使其最終的節能優勢得到顯著表現。

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作者:汪庭德 單位:甘肅華亭煤電股份有限公司陳家溝煤礦