煤矿机电变频技术与节能效果探究.pdf

2023 年第 8 期2023 年 8 月中国的煤炭资源相当丰富，在世界能源结构中占有优势，促进社会各行业蓬勃发展，也极大程度地改善了中国人民的生活质量。现阶段，随着人们对煤炭资源的需求量日趋增长，机械化生产有效提升了煤炭开采的效率和安全性。当前，煤矿企业通过引入机电设备来提高开采效率，长时间的高负荷开采往往会造成矿区机电设备的运行能耗增加，严重影响采矿效率。所以，有必要解决这些机电设备工作过程中出现的问题，以便达到高效率的煤炭利用1-2。而解决上述问题的关键是要应用变频技术。应用变频技术能够对机电设备的安装工作情况进行监测，提高机电设备的运行能力，进而改善系统的稳定性。1变频技术的介绍1.1概念由于现代电子信息技术的日益发展与高效应用，目前世界范围内仍然存在电能严重短缺的现象。变频技术是一种把直流电逆变成不同频率的交流电的转换技术，在交流电动机的无极变速工作流程中完成了最高效的调控任务，从而减少了很多附加的功率损失现象。从实际操作方面进行研究，目前变频技术已得到了较普遍的运用。要促使经济可持续发展和建立节约型、环境友好型社会，就必须在矿区开发、电力工程建设等多方面运用变频技术，以此提高机电设备运行的效率，从而提高生产工作的效率。在当前变频技术运用的过程中，可以通过负载转换完成自身的转换工作，进而使电动机的使用效能提高，以实现能源消耗的减少3。图 1 所示为变频器拓扑图。1.2原理变频技术的工作原理是将设备中的工频电流转变成直流电压的方式，随后再利用逆变器将直流电压进行转变。在这个过程中，对电压进行调节而成的交流电压，以驱动电压的方式更好地驱动交流电机，使煤矿机电设备在运行中的电流和电压更好地适应无极调速。输入的电流必须是可控制的交流电，通过控制速度和改变电压、电流来满足设备需求，如图 2 所示。通过变收稿日期：2022-12-01作者简介：李向南袁 1987 年生袁 男袁 陕西商洛人袁 工程师袁 主要从事机电运输管理工作遥煤矿机电变频技术与节能效果探究李向南（山西三元煤业股份有限公司，山西 长治 046013）摘要：中国煤矿目前开始加大力度进行机械化生产袁 使产量尧 效益和安全性获得了极大的改善遥 在煤炭开发中袁 机电设备起到了重要的作用袁 但是传统的机电设备仍然存在较大的问题袁 严重影响煤矿企业的发展前景遥 所以必须从根本上剖析传统机电设备存在的问题袁 制定相应的处理对策遥 在处理煤矿机电设备存在的主要问题时引入了变频技术遥 主要剖析了传统的机电设备在工作流程中出现的问题袁 阐述了变频技术在改善机电设备工作状态等方面的实际运用遥 采用变频技术可以有效提高机电设备的运行效率袁 减少能源的消耗袁 使煤矿企业长期稳定运行遥关键词：煤矿曰 机电设备曰 变频技术曰 采煤机曰 提升机中图分类号：TD63文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)08-0068-03Technology and Energy Saving Effect of Electromechanical Frequency Conversionin Coal MinesLI Xiangnan(Sanyuan Coal Industry Co.,Ltd.of Shanxi,Changzhi 046013,Shanxi,China)Abstract:At present,Chinas coal mines have begun to carry out mechanization production in a large scale,which has greatlyimproved the output,efficiency and safety.In coal development,electromechanical equipment has played an important role,butthere are still big problems in the traditional electromechanical equipment,seriously affecting the development prospects of coalmine enterprises.Therefore,the problems existing in traditional electromechanical equipment must be fundamentally analyzed,andcorresponding countermeasures should be formulated.Frequency conversion technology is introduced to deal with the mainproblems existing in the electromechanical equipment of coal mines.The problems in the work flow of traditional electromechanicalequipment were mainly analyzed,and the practical application of frequency conversion technology in improving the working stateof electromechanical equipment was expounded.Adopting frequency conversion technology can effectively improve the operationefficiency of electromechanical equipment,reduce energy consumption,and make coal mine enterprises run stably for a long time.Key words:coal mine;electromechanical equipment;frequency conversion technology;shearer;hoist（总第 215 期）节能减排682023 年 8 月2023 年第 8 期控制电路U集成电路；V晶体管；W直流母线；I电流；U电压。图 1变频器拓扑图频技术使设备的转速得到控制，减少不必要的能耗，在达到技术标准的同时又实现了节能节电。在一定程度上，煤矿企业之所以可以实现可持续高效生产，主要归因于机电设备的优化4。2机电设备运行中存在的问题2.1设备运行能耗高煤矿生产工作日趋现代化，对一些机电设备的技术指标要求越来越严格。一般机电设备的功率非常大，主要是因为机电设备无法按照工作情况实时调节输出功率，总是按额定功率输出，会损失不少功率。比如：皮带物料运输系统工作中，各个周期的运输量是不同的，如果按一定的功率工作，那么在轻载时很多功率将被白白浪费4。尽管也有一些方式能够调整机电设备的输出功率，但是并不会减少电能的消耗，只是将多余的电能转移到其他装置上。煤矿企业生产中，需积极倡导节能技术，提高开采技术水平。2.2设备启停时冲击大在煤矿生产过程中，会频繁启动、暂停一些设备，如矿井提升机、带式输送机等。在传统的机电设备启动和停机时，电流和电压方面都得不到合理的控制，导致机电设备易遭受较大的冲击，容易造成设备故障。在机电设备负载很大时，会出现一些非常不易处理的问题，比如在提升机停车后可能会引起钢绳折断，带式输送机在启动后功率骤然增大可能导致断带问题。出现这类问题的原因是在系统受到很大的压力后，电流迅速变化，系统突然遭受较大的冲击。2.3设备运行受电网电压的影响较大在煤矿生产过程中，机电设备运行中一般会采用变频技术。当整体电压相对稳定时，机电设备能比较稳定地运行；当电网出现波动时，机电设备容易产生谐波，长期的电压波动变化会导致配电装置发生故障的可能性提升，影响供电稳定和安全。电压波动不但干扰了设备运行，增加了资源浪费，而且设备振动现象明显。振动剧烈时，导致噪声增大，设备出现过热情况，疲劳运行，使得设备轴承损坏加快。这种现象时间较短时，危害也相对较小；但是这样的情况长期存在时，会加快设备的损坏，从而影响企业经济效益5。3变频技术在煤矿机电设备中的应用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6。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。图 2变频技术的原理简图李向南：煤矿机电变频技术与节能效果探究整流桥预充电逆变单元电动机驱动板控制板变频器电源供电吸收电容电解电容吸收电容均压电阻IUUVWM整流器中间电路逆变器电动机692023 年第 8 期2023 年 8 月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7。图 3 所示为变频空压机工作流程图。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变频技术在煤矿企业中的节能效果分析将变频技术应用在煤矿开采中，一方面可以减少能源浪费，实现节能的目标，比如可以节约一部分电能，特别是对于耗电量较高的企业，降低了企业的生产成本；另一方面可以在无法调节设备功率或电流时起到缓冲预防作用，实现对设备的保护，延长设备的使用期限。此外，应用变频技术也可以起到降噪的作用，改善煤矿企业的工作环境。从上述多个角度来说，在煤矿生产中引入变频技术意义重大，使得煤矿企业自身的综合实力和行业竞争力逐渐提升，有助于保障环境效益和社会效益，不断提高煤矿企业的经济效益，使得企业实现可持续发展。5结束语综上所述，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：1杨飞.煤矿机电设备存在的问题及变频控制技术的应用 J.建材与装饰，2019(32)：233-234.2米小宝.煤矿机电变频控制技术与节能方法探讨 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