郭家湾煤矿机电设备中变频节能技术的应用

时间：2022-05-14 15:20:03 浏览量：次

摘要：由于煤矿生产的特殊环境和安全上的特殊要求，变频器在煤矿的应用起步比较晚。随着社会的进步，煤矿的增产、降耗、提效被提到了重要地位，设备节能改造势在必行。变频器在煤矿井上、下设备中的应用并取得了较好的效果。本文主要介绍了变频器在煤矿的应用情况。

关键词：煤矿机电设备；变频节能；技术；应用

1 引言

我国煤炭产量从1978年的6.2亿吨增长到2016年的34.1亿吨，目前建成了年产120万吨及以上的大型现代化煤矿1200多处，建成千万吨级矿井59处，大型现代化煤矿的产量占全国总产量的75%以上。煤炭工业是我国第一能源工业，既是产能大户，又是耗能大户，同时也是节能潜力大户。节约资源是我国的一项基本国策，但我国目前的煤炭工业生产中仍然存在着一定程度的能源浪费现象。为全面推进资源节约和综合利用工作，根据国家的政策和产业的发展导向，对煤矿井上、下电气装备进行技术性节能改造，对提高煤矿装备的现代化和自动化水平，提高企业的经济效益具有重要的意义。本文将以变频节能技术在煤矿行业机电设备中的应用情况为重要方向进行探讨。

2 变频节能技术的简要分析

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。是控制电源频率的机器，变频器的结构组成相对来说较为复杂，它包括了“控制主板”“电源板”“电极”等等的器件，将这些器件有效合理的结合起来，整流器中的直流电源就会取代工频电流，然后再将其变为可以利用频率、电压控制的交流电，输送到电动机内，最后以最节能的状态运行电动机[1]。以前的電气设备并不能做到改变电流频率和运转速度，所以以往的设备不仅寿命短且浪费电，而变频技术优化了以往电气设备的不足，设备的运转速度不仅可以被改变，还可以根据生产需求量来调节设备，在运行的过程中节约了能源，降低了能源损耗，同时减少了维护，修理设备的费用，提高了设备的灵活性和使用年限，使电气设备具有了更高的技术含量。

变频节能技术具有和其他传统的交流电不一样的特点，它主要用了变频调速技术将交流电的固定频率转化成为了一种能被充分使用的变动资源。在功率元件方面，控制压频比的方式得到了很大的突破，控制理论上有了不断地革新，变频的功率逐渐的增大。采用进行直接的转矩控制和矢量的控制办法能够将最大程度上的利用变频节能技术。在新的研发方向上，人工神经网络控制法和模糊自优控制法等等控制方法上的创新，获得了最大程度上的集中整个变频技术的集成系统，技术也发展到了不同于原来单一的数字处理信息的而比较先进高级的专用集成电路[2]。

3 变频节能技术在煤矿机电设备中的应用

3.1 变频技术在采煤机中的应用

由于变频技术的不断完善和改进，使其可以最大限度的符合煤矿设备运行过程中的电牵引需求，限制电机设备的牵引尺寸，因此，不能有过大的功率存在。现今，我国处于世界领先水平的能量回馈型四象限运行的交流变颈调速采煤技术，已经可以实现在额定转速下进行恒定转矩调速。在实际运行中，四象限变频器调速电牵引采煤机在大倾角工作面时，能较大范围调节它的动能矩，且牵引的速度基本上维持不变，机器上没有发生下滑跑车现象，控制灵活，结构简单，速度调节时具有较强的可靠性。

3.2 变频技术在压风机中的应用

在煤矿空气压缩机上应用变频技术也取得了很好的工作效果，通常来说在煤矿风动电机的应用和井下压风管路的空气中，空气压缩机是主要的动力来源，通过交流电机的带动电动机能够持续处在工作状态，空气压缩机的主要工作状态就是通过上下两点进行有效的控制，由于压风机的容量是根据风动设备和压风管路的最大用气量并留有一定余量设计的，而在实际使用中，随着产量和生产情况的变化，风动设备和工具的数量和每台设备使用的时间也不同，井下压风管路中的空气使用量所有变化，所以它们的耗气量也是经常变化，并且总是低于压风机的容量。也就是说交流电机持续处在工频运行的环境下：一旦空压机气缸压力达到预设压力值就会自动关闭空压机气阀，这时候就不再有压缩气体的产生，电动机处在空载状态，电动机的空载状态就会造成压力的不断下降，压力下降到一定程度时候接近预设值时候，空压机气阀会自动打开，从而继续产生压缩空气，这时候电动机重新运行处于负载状态，由于在煤矿的具体生产过程中，实际用气量和产气量很难达到平衡，这就会使空压机频繁的空载和负载，这种频繁的变化对于电网以及电动机来说都会产生严重的影响，这就对变频技术提出来新的要求，变频技术具有很多方面的优势，其中就包括控制精度较高、容易上手、维护简单等，变频技术的应用能够在负载变化过程中不用进行改动，针对具体的井下工程来说要对转速进行科学的调整，变频器驱动方式，从根本上改变了传统的空气压缩机加载与卸载供气控制方式，通过调整电机用气量的大小来实现转速自动调控，以确保供气压力自身的恒定性，使压缩机的启停次数减少。因此，如果对压风机采取节能降耗措施，会产生很大的经济效益。

3.3 变频技术在皮带输送机中的应用

带式输送机是煤矿井下运输的主要动力，可以把物料在两个距离离得远的工作点之间进行运输。皮带输送机运行的过程中，利用摩擦力的张力变形和摩擦力的牵引作用来带动物体，让物体能在运动的皮带上支撑，从而完成煤炭的运输[3]。传统的皮带机在运输煤炭中，实现皮带机的软启动时候主要是利用液体耦合力，这样经常会加速皮带老化和增大发生断裂的情况。而用变频技术会减少电机在启动时的电流波，降低电机内出现的发热和机械冲击等情况。将皮带的运输功能发挥到最大程度并减少运行时消耗的热力。

3.4 变频技术在流体负荷设备的应用（下转第114页）

（上接第112页）

泵和风机所应用的变频速度主要体现了变频节能技术在流体负荷设备中的应用，变频调速的应用在风机中逐渐增多，专门为煤矿特殊环境设计的变频调速装置也慢慢的出现了。榆林神华能源有限责任公司郭家湾煤矿采用两台FBCDZ-10-№31主通风机，每台主通风机配置两台YBF-10-400kW型电机，一用一备，由于前期矿井建设，井下风压及风量需求较小，前期一直以50Hz工频运行一台通风机一级电机，为了降低节能降耗，改造增设变频器后，频率降至38Hz，年度节约电费约24万元，以2016年1-9月实际运行情况为例：在工频运行状态下电机以50Hz运行，实际功率279.25kW，电能消耗201057.78度/月，电费138257.66元/月；而以变频状态运行主通风机运行频率为38.3Hz，电机实际功率199.28kW，电能消耗143475.20度/月，电费97878.78元/月。综上，按现运行情况对比，安装变频器后，主通风机月节约电费约40378.88元/月。事实证明，变频器在煤矿的通风机中应用成熟，能最大程度上的节约电费。而将变频节能技术应用在给液泵为矿区给水时，能够明显的减小机械冲击带给设备的冲击力，工艺系统控制的灵活性能也得到了增加，进而提升了产品的使用年限。抽水泵控制的灵活度被变频节能技术提高，于是抽水泵能够平滑起停，在适当的时间加速或减速，并且确保了井下液位的数值是恒定的，使泵空转的时间得到了缩短，减少机械设备的损耗，并且节约了电能，有效的提高了生产效率。

4 变频节能技术在煤矿机电设备中的发展

变频节能技术随着科学技术的不断的创新与发展，在煤矿电机设备中的应用也越来越广泛，相关技术的研发和推广在我们国家也正在进行当中，很多的新的技术还没有正式的投入到实践中使用，整个煤矿产业的结构在不断地更新变化，我们国家也提出了关于能源利用率的新要求，加上煤矿资源丰富和机电设备的数量多对变频技术的需求量十分大，而且我国电子信息技术的发展也十分的迅速，由此可以看出来，煤矿机电设备给与变频技术的进步空间是十分巨大的。

5 结束语

综上所述，变频节能技术在我国煤矿机电设备中得到应用后，各个机电设备的运行性能得到了很大的提升，并且很大程度上的降低了电能的损耗量，设备的利用率也得到了提高，节能技术的应用在我国得到了极大的重视，根据煤矿产业的现状来看，变频技术的前景是很宽广的。我们应该不断的研究，总结经验，并将其余设备进行改进，将技术完善下去，从而提高生产效率，推动煤矿产业的不断发展，在能确保安全供应能源的前提下将企业收益最大程度上的提高。

参考文献：