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摘要：针对目前我国煤矿设备发展不均衡、设备老化能耗高等问题，从变频技术的基本原理入手，研究了目前变频技术在煤矿机电设备中的应用现状，分析其优势及不足，并且对变频节能技术在煤矿机电设备的应用进行了展望。分析认为，变频节能技术在煤矿机电设备中的应用，对于提高煤炭生产效率、减少能源消耗、改善生产环境具有重要意义。
关键词：变频节能技术;煤矿;机电设备;提质增效
引言
进入“十三五”以来，我国工业生产节能减排工作持续进行，虽然成果显著，节能压力有所缓解，但是仍然面临宏观性、系统性的节能问题，例如系统性节能不平衡、不协调、力度弱、双控性差等问题，特别是在煤炭生产行业，虽然以神华集团为龙头的大型煤炭企业在大型成套设备、高产高效、节能降耗等方面取得了巨大成就，但是由于我国国土面积广、赋煤区域多、中小型煤矿数量大、发展不均衡性强等，特别是由于历史和地域原因，一些地方煤矿、小规模煤矿的开采条件差、资金及技术条件薄弱、设备老化、设备成套匹配性差等问题，开采技术仍较为落后，尤其是在机电设备单产能耗方面，与国外先进水平差距较大，例如，我国部分煤矿所使用的“四大件”设备耗电量占比超过60%，设备落后，效率低下，亟待改善[1-2]。变频技术被认为是最有效的节能方式之一，使用变频器不仅能达到科学用能、节能降耗的目的，而且能够提高自动化水平，改善工艺。变频节能技术的应用及发展为煤矿企业节能降耗尤其是降低机电设备的能耗提供了可行之路，在煤矿机电设备中得到了广泛的应用和发展。
1变频节能技术的基本原理
传统的机电设备中，电流频率基本固定不变，其设备运转过程中，无论负荷大小，其电机转数和耗能始终处于恒定状态，造成电力能源的浪费，同时造成设备的过度损耗，使用寿命也随之缩短。而变频技术的出现，则可通过变频器来改变电流频率，即可实现“交—直—交”的电流转变方式，即通过其内部的整流器将交流电与直流电进行转换，同时实现交流电频率的转变，然后将转换后的电源传送至电机，其基本原理如以下公式[3-4]：n=50f/p.式中：n为电机转速；f为电流频率；p为电机级数。当电机级数p保持一定时，通过改变f的大小，即可对n的大小进行调整，其中f的取值范围为0～50Hz，n的大小随f改变而改变，即通过电流频率的调整来实现对电机运转的调速。
2变频节能技术在煤矿的应用现状
由于煤矿井下条件复杂环境恶劣，例如空气潮湿、有毒有害气体溢出、瓦斯煤尘易燃易爆等，变频技术在最初并未得到煤矿的重视和应用，随着煤矿井下环境的改善及变频技术的不断发展，同时煤矿机电设备的节能需求不断增长，变频技术的优势得到越来越多煤矿从业者的关注，因此促进了变频节能技术在煤矿机电设备中的应用。例如，在我国许多煤矿，变频节能技术已广泛应用在了提升机、采煤机、皮带输送机等机电设备中，使得设备的电力消耗显著减少，运转效率显著提高，设备的维修保养费用也有所降低，经济效益明显提升。
2.1变频技术在立井提升设备中的应用
在我国中东部的井工煤矿中，立井提升设备广泛应用，其24h不间断运转，制约着煤矿的煤炭、设备、物料、人员的提升运输，对设备可靠性和安全性要求极高，同时，由于设备的频繁开停启动及调速运转，容易引发各类故障，而且，在煤矿电力消耗中占比较大。而变频技术的发展及应用，对煤矿提升设备解决可靠性及能耗较大的问题提供了解决途径。变频技术在矿井提升机中的应用主要有两种类型，一是可控制编程控制系统；二是高压变频调速控制系统[5]。可控制编程控制系统的使用可显著提高提升信号系统的通讯能力，使系统的抗干扰能力和可靠性得到保障，而高压变频调速控制系统则可充分发挥变频技术的优势，减少提升机的电力消耗。
2.2变频技术在皮带输送机中的应用
通常，皮带输送机在低负荷或无负荷运转时仍然采用正常功率，造成电能的不必要消耗及浪费，同时，由于皮带输送机通常使用液力耦合器作为软启动装置，其工频拖动时容易造成电机失控、皮带断裂等损毁故障。而将变频技术应用于皮带输送机后，能够有效减少电机启动瞬间的电流值，防止电流冲击及设备过热，延长使用寿命，同时在输送机低负荷或无负荷运转时降低设备转速，减少电力消耗，使设备安全高效运转。
2.3变频技术在煤矿机电设备上的其他应用
目前，变频节能技术在煤矿机电设备中的应用已较为广泛，例如，除了提升设备和皮带输送机外，在井下综掘机、采煤机、空气压缩机、风机等设备中也有着广泛应用。除此之外，变频技术还开发出泄漏故障监测系统，其强大的语音及数据传输功能可使煤矿设备运转中的各类信号传递更加快捷和准确；另外，带式输送机的瓦片控制技术可以根据井下机电设备分布地图来发出信号进行请求和索引，形成完整的信号传导数据链，实现对机电设备的远程控制和监视。
3变频节能技术在煤矿机电设备中的应用展望
一是理清政策节能导向，抢占绿色开采先机。节能降耗、绿色开采是煤矿改革发展的必由之路，煤矿从业者及相关科研人员应充分认清国家政策导向，以《能源发展“十三五”规划》为指导，加快技术引导和创新，提供相关政策支持，抢占绿色开采先机。二是大力提升变频技术在煤矿的应用广度和深度。变频技术的目前应用只是局限在煤矿的部分机电设备，还有极大的发展空间，同时，老牌煤矿企业对机电设备改造过程中需要大量对口变频设备，解决变频器与老旧设备的匹配问题，亟待加大科研攻关力度，提供更多先进可靠的技术和产品，从而加大变频技术在煤矿的应用广度和深度。三是加大对变频设备的科学有效管理。应从制度方面进行规范，对设备应用和维护提供良好的工作环境和制度保障，加强日常检修和维护，区别于普通设备，对于变频设备应进行科学、定期维护，并做好监测及记录，同时还应加强其自动化控制和管理工作，进而实现变频设备在矿山的网络化和信息化集成管理。
4结语
变频技术的创造和发展，不仅可以改变电机供电的灵活性，同时可以根据实际负荷需要调节机电设备的能耗方式，大大降低电能消耗，同时使设备更加安全可靠运转，延长设备的使用寿命，为煤矿机电设备的节能降耗及高效使用奠定了基础及技术条件。其应用成果已初步凸显，但我国煤矿行业目前仍处于化解过剩产能、改革提质增效的发展阵痛期中，如何实现煤炭资源的低能耗、低成本、安全可靠开采，我们依然任重而道远。
参考文献
[1]缪协兴，钱鸣高.中国煤炭资源绿色开采研究现状与展望[J].采矿与安全工程学报，2009（1）：1-14.
[2]王芹.煤矿机电设备变频节能技术的应用探究[J].山东煤炭科技，2016（1）：98-99.
[3]王李鹏.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用[J].中国高新技术企业，2015（28）：97-98.
[4]王强.基于变频节能技术在煤矿机电设备中的应用[J].机械管理开发，2015（3）：66-67；87.
[5]刘洋.关于煤矿机电设备中变频节能技术的思考[J].机械管理开发，2016（9）：189-191.
作者:刘勇 单位:山西汾西中兴煤业有限责任公司
