沈瑞杰 史昊楠 王震
陕西涌鑫矿业有限责任公司 陕西 榆林 719400
摘要：知识经济时代的到来，促使科学技术得到迅猛发展，人们的创新意识不断增强，人们在工业生产过程中将相关技术优化组合，能够达到节能增效的效果。本文基于变频器的工作原理，简述其在煤矿矿区机电设备中应用的重要意义，并从种类选择、组合环节、抗电流干扰三个方面对相关应用进行分析，仅供参考。
关键词：变频器；煤矿矿区；机电设备；变频调速
引言：
煤矿资源的开发是我国工业发展中的重要一环，但煤炭开采的规模不断增大，企业经营的利润却呈明显的下降趋势，以2019年为例，1-6月份全国原煤产量可达17.6亿吨，煤矿开采利润总额为1391.1亿元，同比下降了7.1%，说明煤矿开采的能源消耗依然很高，合理组合应用节能设施可推动企业降本增效。
1变频器工作原理
变频器集变频技术、电机传动技术以及微电子技术等为一体，其运行原理是通过改变电源频率来控制相关设备的电机装置。变频器主要有变频调速和调速节能两个方面的作用，变频器运行时，其调速功能的实现是利用装置中半导体元件的通断性质来改变设备电机电源的频率，达到无级变速的效果，从而有效改善电机负荷的不稳定现象，优化电机的运行状态，提高设备电机的运行效率；调速节能功能的实现主要基于流体力学原理，已知电机功率与电机转速的三次幂呈正比关系，当设备电机转速下降时，电机功率将大幅下降，其运行产生的耗能也随之降低，利用变频器的变频调速原理，可实现机电设备运行过程中的节能降耗。
2变频器在煤矿矿区机电设备中应用的重要意义
2.1降低机电设备的耗电量
当前市场中流通的变频器基本上都结合了自动控制技术与电力电子运行技术，应用到煤矿矿区机点设备中可自动实现变频调速。变频器在运行时，可将机电设备的启动电流有效控制在额定范围内，能够有效改善机电设备电动机由于瞬时点流量过强导致的电动机损坏的情况，延长矿区设备的使用寿命，降低设备更换的成本。交流电动机与额定电流电动机之间的耗电比可达6~7:1，因此在煤矿矿区机电设备中应用变频器，可明显降低无功电能损耗，一般可节约机电设备20%～60%的运行能耗。
2.2促使设备运行顺畅
变频器在运行过程中，可帮助机电设备实现无极变速，这一效果的实现可促使机电设备的运行更加顺畅、灵敏。在整个机电系统中加强对变频器的使用，可在一定程度上，加强设备之间配合的协调性，能够有效避免电动机运行卡顿造成的相关设备出现连带损坏的现象，大大提高了设备运行的生产效率。
2.3变频器价格相对较低可降低成本
变频器的市场价格比较合理，一般在5000元~30000元之间，煤矿企业在机电设备中应用变频器可实现少投入、多回报的效益，且投资回收其较短，一般在0.5~1年即可回收相关设备改造的成本，从而在一定程度上降低煤矿企业经营的固定成本与能耗成本，大幅提升企业的经济效益。
3变频器在煤矿矿区机电设备中的应用对策
3.1合理选择变频器
根据设备功率参数选择
为保障设备改造后的运行效率，选用的变频器运行功率应与机电设备的功率保持一致，可使变频器适应设备的运行状态，实现更加高效的调节作用，若无法保障变频器与机电设备运行功率相同，也应尽可能的使两个数值趋于一致，此种情况需要注意的变频器的功率不可低于设备运行功率，确保其在设备运行中能够带动电动机的运行。
根据变频器控制方式选择
变频器在设备改造中形成的变频调速控制系统一般会有两种控制方式，即开环控制和闭环控制。
开环控制方式一般采用的高压变频器是普通功能型U/f 控制器，其控制结构较为简便，运行相对平稳可靠，但却存在调速精度不高扥缺陷，适用于一般精度的设备运行场合。闭环控制方式一般采用的是带有PID 控制器的U/f 控制通用变频器，此种控制方式在煤电企业设备改造中比较常用，其调速范围可达到 l:l000 ，适用于特殊精度要求设备运行场合。
根据变频器负载类型选择
变频器负载类型不同,决定了其转矩、转速之间呈现的关系也不同,一般带有恒定转矩负载特性的变频器经常应用于带有恒定转矩负载特性煤电设备中，比如风机、水泵系统；带有降转矩负载特性的变频器，则不可应用于带有恒转矩负载特性的负载设备中，否则会出现不必要的能源或设备损耗。
3.2应用的不同环节
皮带输送机
矿区机电系统中的皮带装置在静止状态与运行状态切换的过程中，往往会聚集较大的弹性能量，皮带对这种弹性能量的承受能力相对较弱，若不能对此能量形成有效的控制，将完全作用于皮带之上，使得皮带出现磨损或断裂的现象，造成机电系统无法正常运行。因此在皮带输送机处安装变频器，相当于为其安装了一个启动装置，当皮带装置启动时，可将皮带上聚集的弹性能力迅速释放，可有效缓解皮带所负载的能量，改善皮带磨损、断裂的情况，降低系统停止运行带来的经济损失。在实际的皮带装置运行中，除弹力作用在皮带上带来的设备损耗外，皮带运输机的功率因数在运行过程中会有不同程度的降低，由此会产生较大的电能消耗，利用变频器可有效提高皮带运输机的运行效率，降低不必要的资源浪费。
矿井提升设备
矿井提升设备是煤矿工程运作过程中运送井下物料与煤矿工人的升降装置，是关乎安全生产的重要环节，由于其在运输过程中承载着巨大的重力，是煤矿作业中电能消耗量最大的环节，若不能保障电能的稳定输送，将会对生产安全造成严重的威胁。在此环节安装变频器可降低提升设备上升时电机的转速，使设备处于恒定转矩负载，从而在提高装置运行安全性的同时，也会提升对装置运行的控制精度，降低电能消耗。
通风机
在通风机处安装变频器可对通风机形成启动控制，帮助通风机实现零速度启动，减缓了此环节电机启动的速度与时间，从而降低通风机设备中的零件受启动过程中瞬时速度产生的动能所造成的损坏。变频器可利用自身的调速功能，对通风机的风量形成调节，来提高通风机的功率因数，从而帮助通风机降低运行过程中的无功耗损。
乳化泵站
在乳化泵站处安装变频器，可改善传统阀门控制乳化液出口处压力方法所造成的各高压管道受力不均的情况，变频器可调节和控制乳化泵站电机的转速，使得乳化液量能够均匀进入各管道中，从而确保各管道受力均衡，降低压力不均对管道造成的伤害。
3.3抗干扰方法
变频器比较容易受到矿区机电设备运行中所产生的电能或其他因素的干扰，一般有两种抗干扰的方法，即电流隔离和变频器接地处理。电流隔离法需要在调速系统中安装供电电源隔离器，从而将干扰源隔离于变频器运行的核心部件外，避免瞬时电压过大对变频器造成严重的损毁。接地处理法是将变频器进行接地安装，从而降低电磁辐射所产生的信息流对变频器的运行造成干扰。进行接地处理需要注意的是，一般需要将电源线的横截面保持在在2m2左右，长度控制在20m左右，并确保变频器与机电装置的距离尽量相近，从而达到更高的抗干扰效果。
结论：综上所述，在经济发展的新形势下，煤矿企业若想提高企业生产的效益，应积极从降低生产的能源消耗对生产成本形成有效的控制。在煤矿矿区生产作业过程中，企业应树立创新创造意识，积极利用变频器的调速功能，科学合理选择变频器种类，并优化配置于生产设备中，提高设备运作的灵活度，从而降低生产作业电力与设备消耗，促进煤炭企业经济稳步增长，进一步推动国家经济的昌盛。
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