方 勇 ，時曉菲 ，郭金剛 ，孔得豹

（1.中煤新集阜陽礦業(yè)口孜東煤礦綜采隊，安徽 淮南 232001；2.中煤新集一礦固定隊 安徽 淮南 232001）

0 引言

我國有著豐富的煤炭資源，煤炭在我國的經(jīng)濟建設(shè)中起到不可忽視的作用。與歐美國家相比，我國的煤炭開采技術(shù)還存在一定的不足，如能耗較高、安全性較差等，導致出現(xiàn)資源浪費。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，在煤炭開采中，提升機、通風設(shè)備與運輸設(shè)備等的耗電量占到總耗電量的60%，大部分電能并沒有得到運用，而是被浪費。因此，合理應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，提高煤礦機電設(shè)備的運行效率，可以切實處理耗電問題，是節(jié)能環(huán)保不可或缺的手段。

1 變頻節(jié)能技術(shù)介紹

隨著電子信息技術(shù)的持續(xù)更新，交流電力傳動技術(shù)得到了長足的進步。在機電設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，不但可以有效發(fā)揮調(diào)速功能，提高設(shè)備的運行效率，而且可以節(jié)約資源，降低設(shè)備維護費用，延長其使用壽命。特別是在惡劣的工作環(huán)境中，該項技術(shù)的優(yōu)勢將非常明顯。因此，必須掌握變頻節(jié)能技術(shù)的原理，了解其發(fā)展情況，才能更好地應(yīng)用這項技術(shù)。

1.1 變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理

變頻節(jié)能技術(shù)是指通過調(diào)整交流電頻率，實現(xiàn)對機電設(shè)備的智能化管控。在煤礦機電設(shè)備中引入變頻節(jié)能技術(shù)，可根據(jù)負載段的變化值，針對設(shè)備設(shè)置參數(shù)值，調(diào)整設(shè)備工作狀況，提升機電設(shè)備的運行效率。電機的運轉(zhuǎn)公式如式（1）所示。

其中：n——電機轉(zhuǎn)速；f——頻率；p——電機級數(shù)。

由式（1）可知，在n 恒定的情況下，改變頻率，則電機轉(zhuǎn)速隨之改變，在頻率改變范圍為0～50 Hz 時，轉(zhuǎn)速的調(diào)整范圍較寬[1]。變頻節(jié)能技術(shù)根據(jù)此原理調(diào)整電源頻率，從而實現(xiàn)調(diào)速目標。

1.2 變頻節(jié)能技術(shù)的發(fā)展狀況

隨著社會的發(fā)展，變頻節(jié)能技術(shù)被廣泛應(yīng)用在煤礦機電設(shè)備，該技術(shù)的理論和運用得到較大發(fā)展。變頻節(jié)能作為一項重要技術(shù)對電機驅(qū)動方式進行優(yōu)化，一定程度上可以使電機實現(xiàn)節(jié)能工作，獲得了較好的節(jié)能成果。礦井下環(huán)境相對特殊，常常產(chǎn)生瓦斯及煤塵等物質(zhì)，極大威脅著井下開采作業(yè)。隨著科技的進步，變頻節(jié)能技術(shù)充分體現(xiàn)了它的節(jié)能及調(diào)速功能，被逐漸推廣在煤礦機電設(shè)備。變頻節(jié)能技術(shù)的推廣，顯著提高了機電設(shè)備的工作效率，完善了設(shè)備性能，降低了能耗，避免出現(xiàn)浪費的情況，給企業(yè)帶來更多效益，提高了經(jīng)濟效益。

2 常規(guī)式以及交流四象限變頻器的運用

2.1 常規(guī)式變頻器

從煤礦生產(chǎn)來看，常規(guī)式變頻器有著多種運用方式，其不但能減少能源消耗，還可以提高設(shè)備自動化及智能化水平，對機電設(shè)備實施遠程控制，保證機電設(shè)備靈活性?，F(xiàn)階段，常規(guī)式變頻器開始朝著模塊化的方向發(fā)展，具有較突出的優(yōu)勢作用。就多功能變頻器來看，它的優(yōu)勢作用主要表現(xiàn)為以下3 點：①具有規(guī)范化參數(shù)結(jié)構(gòu)和調(diào)試軟件；②功能非常多樣；③通信接口屬于系統(tǒng)集成，安全性較高，運用起來也非常便捷，相關(guān)的操作及控制十分靈活。根據(jù)以上功能得知，該類型的變頻節(jié)能技術(shù)能夠廣泛運用于煤礦機電設(shè)備上，有著非常廣闊的發(fā)展空間，合理運用該技術(shù)會獲得良好的成效。

2.2 交流四象限變頻器的運用

實際進行煤炭采掘時，如果采掘機械在大坡度工作面作業(yè)，則要多次調(diào)速與起停電機，因此，確保變頻器可以進行四象限運轉(zhuǎn)尤為關(guān)鍵。四象限變頻器（圖1）的運行原理為四象限變頻器可將整個電路內(nèi)部的整流橋轉(zhuǎn)變?yōu)榭刹倏卣鳂?。若電機保持在電動狀態(tài)，那么四象限變頻器的運行狀態(tài)和二象限變頻器一樣；若是保持在發(fā)電狀態(tài)，那么將對四象限中的電流進行轉(zhuǎn)化進而逐漸形成整流橋電路，而之前的整流橋電路也將開始變成逆變電路，根據(jù)它們之間的電流轉(zhuǎn)化，將進一步推動電量的回饋，有效提升機電設(shè)備的節(jié)能效率[2]。

圖1 四象限變頻器

3 變頻節(jié)能技術(shù)的實際應(yīng)用

在煤礦機電設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，主要從以下5 個方面進行分析，探討該技術(shù)的具體應(yīng)用。

3.1 在采煤機中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)

采煤機（圖2）屬于一種規(guī)模較大的復雜系統(tǒng)，是煤礦采掘機械化不可或缺的設(shè)備，發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。在大部分情況下，采煤機的運行環(huán)境較為惡劣，加上系統(tǒng)的復雜性，所以完善該設(shè)備的性能顯得非常關(guān)鍵。進行煤礦開采時，若采煤機出現(xiàn)故障，將對采煤工作產(chǎn)生較大的影響，極易造成運行中斷，從而導致企業(yè)遭受嚴重的損失。隨著科技的發(fā)展，采煤應(yīng)用越來越多的新技術(shù)，內(nèi)部構(gòu)件越來越復雜，在一定程度上增加了設(shè)備的維修難度。變頻節(jié)能技術(shù)的誕生，使采煤機可以變頻調(diào)速運行，在節(jié)省能源的同時，也提高了作業(yè)效率，降低了設(shè)備發(fā)生故障的概率。近年來，煤炭的產(chǎn)量呈現(xiàn)減小的趨勢，一些煤礦公司損失較大，在這一背景下，唯有持續(xù)降低采煤過程花費的成本，才能防止煤礦企業(yè)出現(xiàn)入不敷出的現(xiàn)象，煤礦企業(yè)應(yīng)積極創(chuàng)新，在采煤機中引入四象限變頻器，這樣可以增加生產(chǎn)效率，減少能源的運用，降低開采過程中的成本費用?，F(xiàn)階段，我國采煤機的變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)從原有的“一拖二”轉(zhuǎn)變成“一拖一”，同時，在變頻調(diào)速采煤方面已走在世界的前列[3]。

圖2 采煤機

3.2 在風機中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)

從礦井生產(chǎn)周期來看，隨著礦井開采的持續(xù)進行，礦井會越挖越深，想要確保煤礦生產(chǎn)安全，應(yīng)根據(jù)礦井生產(chǎn)的實際情況進行通風設(shè)計。我國大部分煤礦企業(yè)，為確保煤礦通風效果，提高生產(chǎn)安全性，在實際生產(chǎn)過程中往往會頻繁更換風機。實際上，這種方式不但會增加成本負擔，還可能造成風機損壞。與此同時，被換下的風機會被閑置，導致設(shè)備利用率不高，浪費資源。通過引入變頻節(jié)能技術(shù)，將原有的電機調(diào)速和計算機控制等技術(shù)融合在一起，使風機也具備自動調(diào)速功能，避免了資源浪費現(xiàn)象，有利于提高節(jié)能成效。

3.3 在帶式輸送機中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)

帶式輸送機應(yīng)用摩擦力作為牽引力來對物料進行運輸。帶式輸送機包含著較多的部件，如機架、滾筒等，可以將煤炭運到井外。如今，在很多礦井開采中所采取的帶式輸送機常常通過工頻拖動手段達到軟啟動，這可能會導致皮帶老化，給正常運輸帶來影響。在引入變頻節(jié)能技術(shù)之后，變頻器可以合理調(diào)整帶式輸送機的運行功率，避免設(shè)備出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，延長其使用壽命。同時該項技術(shù)的運用，將帶式輸送機轉(zhuǎn)速調(diào)到經(jīng)濟狀態(tài)，在負荷率不高的情況下，轉(zhuǎn)速變慢，設(shè)備磨損較輕，防止設(shè)備出現(xiàn)異常，另外，該項技術(shù)運用于帶式輸送機可以實現(xiàn)軟啟動，并且電流低于額定電流1.2 倍，確保了電機正常運轉(zhuǎn)，同時，變頻器可以發(fā)揮著保護效果，其中包括過流以及過壓等，切實保護電動機，節(jié)省了維修費用，為企業(yè)創(chuàng)造更為可觀的經(jīng)濟效益。帶式輸送機如圖3 所示。

圖3 帶式輸送機

3.4 在提升機中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)

提升機（圖4）是通過改變勢能開展運輸?shù)脑O(shè)備。在煤礦生產(chǎn)中，該設(shè)備可以有效運輸物料，在開采中發(fā)揮著較大的作用。在沒有引入變頻技術(shù)之前，提升機多采用電動機轉(zhuǎn)子電路接入電阻的方式，不僅存在安全隱患，還增加電能消耗。在引入變頻節(jié)能技術(shù)之后，提升機才真正具有調(diào)速功能，實現(xiàn)了數(shù)字化控制，協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)提升機運行狀態(tài)，切實管控了電路輸出和輸入接口，確保了提升機的正常輸送[4]。

圖4 提升機

3.5 在主排水泵中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)

排水泵的作用旨在抽送液體，此過程中，將機械能轉(zhuǎn)變成流體動能。該設(shè)備除了可以實現(xiàn)液體運輸，還可以起到增壓的作用，在給液、給水中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在運用變頻技術(shù)之前，排水泵存在一定空轉(zhuǎn)時間，在來回啟停中，除了耗用很多電能，還會產(chǎn)生異常狀況，導致資源被浪費。在引入變頻節(jié)能之后，切實提升了運轉(zhuǎn)效率，降低了設(shè)備出現(xiàn)異常的概率，極大減少電能消耗，并更便于進行操作，也充分把控了啟停減速效果。

4 變頻節(jié)能技術(shù)的運用展望

現(xiàn)階段，變頻節(jié)能技術(shù)被廣泛運用于煤礦行業(yè)中，起到重要的促進作用。這些年，我國經(jīng)濟獲得了較大的進步，通過變頻節(jié)能技術(shù)來提升煤礦領(lǐng)域的節(jié)能水平屬于必然的發(fā)展方向。如今，國內(nèi)還有不少的礦山要進行開采，在實際開采期間需借助到多樣化的機電設(shè)備。這表明要發(fā)展和其契合的變頻節(jié)能技術(shù)，在更大的范圍充分體現(xiàn)節(jié)能技術(shù)的效果。而在優(yōu)化改造設(shè)備期間會利用到很多的變頻器，將對變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮巨大的促進作用。目前在煤炭開采方面，電子技術(shù)已獲得了大力普及，從煤礦機電設(shè)備來看，變頻節(jié)能技術(shù)的運用將有著廣闊的發(fā)展前景[5]。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段，煤炭產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)變大，機電設(shè)備科技含量的增加顯得尤為關(guān)鍵。變頻節(jié)能技術(shù)的引入除了給予設(shè)備較佳的節(jié)能效果，也使其具有了調(diào)節(jié)功能，提高機電設(shè)備的運行效率。本文對變頻節(jié)能技術(shù)實際情況及性能開展了分析，對各種類型變頻器的運用開展了討論，還對變頻節(jié)能技術(shù)的實際應(yīng)用展開分析，同時還進一步探討了變頻技術(shù)的發(fā)展前景，以期促進我國煤炭行業(yè)健康發(fā)展提供重要參考。