煤矿机电设备变频技术的应用研究

煤矿机电设备变频技术的应用研究

刘少华王泽华

陕西陕煤澄合矿业有限公司西卓煤矿 陕西省 渭南市 715300

摘要：目前，中国煤矿开采基本实现了机械化，煤矿生产的效率和安全性得到了大幅度提高。值得注意的是，煤矿企业属于高能耗企业，随着“双碳”的提出，煤矿企业面临更为严峻的挑战。在这种情况下，煤矿企业必须进行节能增效。因此，必须在煤矿开采中应用节能技术。变频技术是一种重要的节能技术，在煤矿开采中得到广泛的应用。

关键词：煤矿机电设备；变频技术；应用

1变频技术的原理和优势分析

1.1变频技术的原理

变频技术是通过改变电源频率来控制电机的转速的技术。其原理基于电机的转速与供电频率成正比的关系。通常，电机的转速与供电频率之间有一个理论转速，称为同步转速。当供电频率等于理论转速时，电机转速最高，称为额定转速。变频技术通过调整电源频率，使得电机的转速可以调节到所需的速度。具体而言，变频器将电源的交流电转换为直流电，然后再通过逆变器将直流电转换为可调节频率和电压的交流电。这样，就可以通过改变逆变器输出的频率和电压，来控制电机的转速。

1.2变频技术的优势

（1）节能效果显著。传统的电机驱动系统通常以固定速度运行，无法根据实际负载需求进行调节。而变频技术可以根据负载需求调整电机的转速，从而降低能耗，提高能效。（2）转速调节范围广。通过变频技术，可以实现电机转速的无级调节，范围广泛。不同工况下，电机可以根据需要调整转速，提高生产效率和质量。（3）启动和停止平稳。传统的电机启动和停止过程中，由于起动电流大，可能会对设备和电网造成冲击。而变频技术可以通过逐渐增加或减小电压和频率，实现平稳启动和停止，减少设备和电网的压力。（4）控制精度高。变频技术可以实现对电机转速的精确控制，可以根据需要进行精细调整，提高生产过程的稳定性和准确性。（5）减少机械损耗。传统的电机系统由于固定转速运行，可能会产生机械损耗，如轴承磨损等。而变频技术可以根据负载需求调整转速，减少机械损耗，延长设备寿命。（6）增强系统可靠性。变频技术可以实现对电机的保护和监控，通过监测电机的运行状态，及时发现故障并进行报警和保护，提高设备的可靠性和安全性。

2煤矿机电设备中变频技术应用的必要性

2.1对节能需求量较大

煤矿机电设备在运行过程中通常需要根据煤矿的生产需求调整设备的负荷和转速。传统的电机驱动系统通常以固定速度运行，无法根据实际负载需求进行调节，导致能源的浪费。而变频技术可以根据负载需求调整电机的转速，实现能量的有效利用，从而降低能耗，提高能效。

2.2设备使用年限较长

煤矿机电设备通常具有较长的使用年限，而传统的电机驱动系统在长时间运行过程中容易出现机械损耗，如轴承磨损等。而变频技术可以根据负载需求调整转速，减少机械损耗，延长设备寿命，降低设备维修和更换的成本。

2.3对安全性要求较高

煤矿是一个高风险的作业环境，对设备的安全性要求较高。传统的电机启动和停止过程中，由于起动电流大，可能会对设备和电网造成冲击，增加了设备故障和事故的风险。而变频技术可以通过逐渐增加或减小电压和频率，实现平稳启动和停止，减少设备和电网的压力，提高设备的安全性。

3煤矿机电设备变频技术的应用

3.1在采煤机中的应用

采煤机在煤炭生产过程中有着非常关键的作用。采煤机的工况环境错综复杂，导致运行困难，问题也较多。而采煤机与电力系统、液压系统等控制系统之间都紧密联系，在采煤机中恰当地引入变频技术，可以利用该技术的调节性能提高煤矿开采效率。在开采中，不同的开采工作面需要采煤机输出不同的功率。当采煤工作面较大时，采煤机的工作功率也比较大，主要用于提高效率；当采煤工作面比较小时，其功率就相对较小。一般而言，装载速度与开采速度比较接近。在采煤机中应用APLH型变频器，可以改变采煤机的工作模式，使采煤更加智能化；可以实现四象限运转，也可以保护电路，还可以实现对设备位置的监测。加装了变频器的采煤机可以使得煤矿开采更加智能化、自动化，也可以实现不同的生产模式，从而提高生产效率。

3.2在提升机中的应用

提升机在煤矿开采中是一种比较重要的设备，但是传统的提升机在安全和节能方面都面临着很大的问题。同时提升机运行条件差，而且环境影响因素较多。所以需要优化提升机性能、质量，以满足各种工作需求。根据生产需求将变频技术引入提升机中，在加减速时，能够满足提升机平稳运行需求，保障系统整体安全运行；同时能够减少设备的运行消耗，使得能源浪费达到最小化。另外，通过运用变频技术可以控制提升机的速度，减少设备的损耗，实现节能降耗；通过技术手段改进提升机电机，以提高提升机的兼容性，增强提升机的普适性。

3.3在空压机中的应用

在煤矿空压机设备的操作中，总是会出现开机环节瞬时电流过大的现象，严重影响设备的使用寿命。在系统更新与改进的同时，逐步引进了变频技术，以降低瞬时电流变化对系统的影响，进而延长系统应用期限。当调节好风控系统后，利用开环控制方法和调节器，调节和控制其运行情况。然而在传统的方法下，设备操作存在许多缺陷，导致设备极易损坏，不仅影响效率，还会增加维修费用。为了解决上述问题，将变频技术应用在空压机中，形成压力闭环控制法。使用这种方法可以精确地测量压力，通过比较标值与测量值的差值，进行运行速度调节，保证压力整体稳定。另外，还可以通过变频技术实现对空压机运行速度的自动调节。

3.4在带式输送机中的应用

带式输送机的主要特性是高负载和大功率，在煤矿运输过程中发挥着无法取代的关键功能。而根据带式输送机的重要性，在运行过程中需要设备所具有的功能较为先进，以便顺利完成煤矿的输送任务。但在以往的运输过程中，带式输送机空载或轻载的情况屡见不鲜，从而导致电能的巨大浪费，能源浪费情况更加严重。除此之外，部分带式输送机以软启动方式为主，即应用了液力耦合器，但是该设备的主要缺点就在于系统失控现象较为普遍，输送系统会出现受损的可能。而运用变频技术后，带式输送机能够高效地处理上述情况。一些煤矿企业在现场作业过程中运用了四象限变频调速技术，取得了良好的成效。科学技术的运用提高了带式输送机的保护效果，设备失控现象得到控制，事故出现的概率得以降低，设备的使用寿命也大大延长。另外，变频技术的应用也能够逐步提高带式输送机的工作效能，减少设备运行过程中对能量的消耗。

4结语

综上所述，为了实现煤矿企业在经营阶段显著提升产品效益，提高生产过程的安全性、稳定性，降低煤矿机电事故发生的概率，应该积极对机电设备进行变频改造。现代化科学技术的应用，极大地影响着煤矿企业的发展，通过合理利用变频技术，有利于提高原有设备的技术水平，从而提高设备的效率，减少能源的消耗，降低设备的维修率，最大限度地延长设备的使用年限。只有不断完善变频技术，才能使变频技术在应用过程中创造更大的价值，使中国的煤矿企业实现长期稳定地发展。

参考文献

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