谢峻鹏 丘建 吴新龙
紫金矿业集团股份有限公司
摘要：对于煤炭生产企业而言，井下大型机械化设备的普及使用，在提升矿井生产效率和生产规模不断扩大的同时，也使得矿井生产能耗持续增加。采取有效的现代化工艺，降低矿井生产能耗，对于提升矿井综合效益意义重大。将变频节能技术应用于矿山机电设备中，可以促进采矿环境的改善，增加工作效率，减小采矿成本，实现环境的保护，推动我国矿山机电设备的发展。
关键词：矿山机电设备；节能降耗技术；变频节能
1变频节能技术内涵
变频节能技术结合半导体器件的调节实现交流电源频率的改变，调整固有的固定式频率为用户要求的频率，实现减小设备能耗的效果。此技术的中心组成元件是变频器，其由中间直流环节、控制部分、逆变器和整流晶闸管这几个部分组成。在线路中加装变频器之后，变频器可以控制线路中发动机等装置的工作频率，实现控制设备工作速度的效果。在煤矿机电设备中，由于实际任务的不同，电动机的负载会频繁发生改变，因此应用变频器对电动机的运行频率予以调节，能够使设备的能耗大大降低并实现设备性能的优化。
2变频节能技术工作原理
变频器工作原理可以简述为交-直-交，整流器将交流电源转换成直流电源，然后把直流电源再转变为电压、频率，对交流电源进行有效控制，然后输送给发电机。控制、整流、逆变以及直流电共同组成了变频器的电路。其中，整流部分使用的整流器是三相桥式不可控制型的，直流部分主要起到滤波功能，其中直流储能、缓冲是没有功率的；逆变器部分采用IGBT三相桥式逆变器，可调整其输出的脉冲宽度，对变频器的功能有重要影响，也是变频器的核心部分。变频节能技术主要通过变频调速系统调整电机转速，达到节能目的。变速系统中电机转速变化的公式为：n=50f（1-S）/P，其中f为电源频率，P为电机极对的数量，S为滑差。
3矿山机电设备节能降耗技术应用
3.1变频节能技术在提升设备中的应用
传统的提升机运行方式是首先在电动机转子电路中接入金属电阻，再结合鼓型接触器或控制器将电阻切除，进而实现调速目的。然而，这面临电阻耗能多、提升机中散热状况不佳等缺陷，且电阻调速的可调节范围不大，在应用实践中，调速的精确性不高。在下放时与减速段，因应用动力制动，来不及消耗低频电源或直流电源的能量，不但使电能浪费，而且会损坏设备，从而使运行设备面临安全问题。在煤矿提升机驱动系统中应用变频控制技术，能够从源头上处理传统煤矿提升机工作方式形成的一系列问题，确保提升机在平稳无级的状态中减速运行和加速运行，从而实现整体提升系统的改进，真正地保护一系列煤矿提升机。
在矿山机电设备中应用变频控制技术的优势如下：一是变频控制技术结合编程器指令编写电控系统和程序当中的继电器逻辑关系，并且控制梯形图与电路图的互相转换，快捷和方便，从而使错误出现率大大降低。二是变频控制技术外部线路控制执行继电器数量比较少，不但节省空间，而且增加了安全系数，降低机器设备的故障率，以及减少维护频率，从而节省生产费用和提升煤矿经济效益。三是能够结合编程器与显示屏检测变频控制系统的故障，非常便捷，以及适宜对电气与机械故障进行检测。四是可扩展性强和精度控制高，仅仅要求修正内部程序就可以转换系统的功能参数，能够使柔性控制切实实现，跟传统的运行方式（更改硬件接线）进行比较，具备操作简便的优势。
五是回馈制动，在煤矿提升机处在负力状态的情况下，电动机的再生能量形成，且向电网反馈，具备节省电能的效果，以及在此过程中，因为增加了制动力矩，所以大大提升了绞车下面的安全系数。六是跟传统煤矿提升机的运行方式进行比较，并非结合机械调节变频控制技术的制动和速度，而是结合电气控制，如此的控制系统能够使机械摩擦与系统冲击减少，从而保护设备的性能和实现设备应用时间的延长。
3.2在流体负荷设备中的应用
变频节能技术在流载设备中的应用主要体现在风机和泵的变频调速中。变频调速技术在风机中的应用不断增加，同时也针对铜矿环境设计出专门的变频调速装置。在风机改造后，实际转速比改进前的最小速度降低了很多。电机的实际输出功率是在前导器半关闭时的高1/3风量与风压，更适合于矿井的特点，每年可节省大量的电力。该变频调速在采区供水和液压泵中灵活应用，降低了设备的机械影响，提高了工艺系统控制的灵活性，促进产品质量的增加。可以控制泵的平稳起动和停止，及时加速和减速。它保证了井下液位的恒定水平，减少了泵的空闲时间所带来的大量的能量消耗，同时也减少了机械设备不必要的损耗，从而确保了生产的安全高效运行。
3.3变频节能技术在通风设备中的应用
对于矿井的很多生产设备来讲，通风机中的主扇风机具备举足轻重的地位。通风机的关键作用在于确保矿井生产条件中空气的流畅性，将有毒有害气体排出，换入新鲜空气。因为通风机的工作时间比较长，通风效果跟煤矿财产安全与员工的生命安全密切相关，所以，煤矿通风系统也被叫做煤矿的“呼吸系统”。基于煤矿采掘的不断开展，煤矿采掘持续增加深度，因此对煤矿风机功率的要求越来越高。持续增加的通风机功率要求，业已变成制约煤矿作业深入开展的一个关键性阻碍。鉴于此，倘若在煤矿通风设备中应用变频技术，那么就能够在生产过程中结合实际要求的风量大小自主调整通风机的运行功率，防止浪费电能，能够合理地降低能耗，从而能够实现理想的节能效果。并且，在煤矿通风机设备中应用变频节能技术，可以使通风机的变频软起动实现，不但降低了电流起动冲击煤矿设备的程度，而且降低了电网设备受到电流的冲击程度，这样可以有效地保护煤矿电网设备与生产设备。在煤矿生产中，因为大部分时候通风机的运行处在低速状态中，所以在煤矿通风机设备中应用变频节能技术，可以在减小设备运行强度的情况下延长设备的应用年限，以及降低投入的设备维修费用，从而大大提升煤矿井下生产效率以及实现人力和物力的节省。需要引起注意的是，为了确保电动机具备统一的转速，大部分情况下会结合要求设置多台电动机的工作频率为一致的数值，从而防止因为一系列设备工作量的差别而使风阻形成，以确保通风机的顺利工作。
3.4变频控制技术在电控绞车系统中的应用
在电控或者保护系统中，使用变频控制技术一般需要把电压波动维持在－15%~＋10%范围内，把频率波动维持在±2.5%范围内，输出功率、频率以及输入电压分别为200kW、50Hz、660V，同时具备连续、可调节的特点。在电控绞车系统中使用变频控制技术，可促进系统过载能力的提高，将额定负载控制在－120%~＋120%范围内，可以更好的满足运行条件，对元件过热、欠压等起到良好的保护作用；促进自动转矩低频运转能力的提高，达到额定转矩的目的。
4结束语
变频技术作为一种有效的能耗节约技术，能够在增强机电设备操作灵活性的同时降低设备能耗，增强设备运行稳定性，延长使用周期，从而为矿井的长久发展奠定良好基础。在采矿机电设备中，变频技术具有非常高的科技含量，在采矿生产过程中，积极应用变频技术是目前采矿企业实现节能降耗的重要手段，同时也是促进企业经济增长的重要途径。应当加大变频技术在矿井生产中的应用普及力度，推动生产能耗的显著降低，从而为矿井生产的持续发展提供帮助。
参考文献：
[1]煤矿大型机电设备节能效率优化探讨[J].肖峰.江西煤炭科技.2018(01)
[2]矿井掘进机电设备节能措施研究[J].吴艳鹏.机械管理开发.2018(01)