變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在煤礦機械節(jié)能改造中的運用

摘要：機械設(shè)備是煤礦生產(chǎn)的主要工具，在節(jié)能降耗的原則下，應(yīng)強化對機械設(shè)備的控制管理，制定全面節(jié)能改造方案，在降低能源消耗的同時，提升煤礦生產(chǎn)效率。對此，本文首先概述變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，其次分析煤礦機械設(shè)備存在的問題，再次探討其技術(shù)要點，最后提出節(jié)能改造優(yōu)化措施，旨在推動煤礦生產(chǎn)實現(xiàn)節(jié)能降耗，以供參考。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)節(jié)；煤礦；節(jié)能改造

DOI：10.12433/zgkjtz.20232542

變頻調(diào)節(jié)技術(shù)集成了發(fā)動機傳動技術(shù)、電子技術(shù)以及計算機系統(tǒng)，由于該技術(shù)具有較強的自動調(diào)節(jié)能力，被廣泛應(yīng)用于煤礦機械節(jié)能改造中?？梢愿鶕?jù)煤礦機械生產(chǎn)設(shè)備的實際運行狀態(tài)，通過變頻調(diào)節(jié)技術(shù)實現(xiàn)強弱電流的有效組合，從而避免能源消耗。另外，由于煤礦機械設(shè)備相對復雜，在采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)時，必須將其技術(shù)應(yīng)用到各個機械生產(chǎn)設(shè)備中，實現(xiàn)全面節(jié)能降耗的目的。同時，對煤礦機械節(jié)能改造方案進行優(yōu)化，不斷提升節(jié)能效果和變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用效果，為煤礦領(lǐng)域的發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。

一、變頻調(diào)節(jié)技術(shù)概述

通過了解變頻調(diào)節(jié)技術(shù)原理和作用，可以更好地應(yīng)用于煤礦機械設(shè)備節(jié)能改造中，實現(xiàn)節(jié)能降耗，為煤礦生產(chǎn)實現(xiàn)良好的效果，提供基礎(chǔ)性保障。

（一）變頻調(diào)節(jié)技術(shù)原理

通常情況下，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，并控制電流頻率，具體的頻率流程較簡單，一共分為三個步驟，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過利整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，將直流電的電流頻率進行轉(zhuǎn)化，生成能夠控制的交流電，轉(zhuǎn)化完成后的電流輸送給機械生產(chǎn)設(shè)備，以此完成變頻工作。同時，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的實現(xiàn)主要借助逆變器、整流器以及相關(guān)的配套設(shè)施，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，實現(xiàn)對交流電的控制，從而完成整個變頻工序。

煤礦生產(chǎn)會用到大量的機械設(shè)備，因此使用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)可以有效控制設(shè)備，并根據(jù)實際情況，調(diào)節(jié)電流頻率，以此確保煤礦機械生產(chǎn)設(shè)備處于穩(wěn)定安全的生產(chǎn)狀態(tài)，并降低能源消耗，符合我國綠色生產(chǎn)的發(fā)展需求。

（二）變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的作用

變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于煤礦機械設(shè)備中，不僅可以降低能源消耗，還可以提升機械設(shè)備生產(chǎn)效率，降低成本，進而實現(xiàn)良好的生產(chǎn)效益。對此，本文針對變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在煤礦機械設(shè)備中的作用進行了闡述與研究。

1.提升機械設(shè)備生產(chǎn)效率

社會生產(chǎn)離不開能源的支撐，煤炭作為不可再生能源，如果不能對其高效利用，實際是對能源的嚴重消耗，也制約了相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)。因此，在煤礦生產(chǎn)期間，將變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于機械生產(chǎn)設(shè)備，可以動態(tài)調(diào)整機械設(shè)備模式，例如，在煤層較薄的開采區(qū)域，將機械生產(chǎn)設(shè)備調(diào)節(jié)至低功率狀態(tài)，通過利用掘進的開采模式，避免出現(xiàn)機械生產(chǎn)設(shè)備空轉(zhuǎn)率的現(xiàn)象，提升機械生產(chǎn)設(shè)備的開采效率。另外，將變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于風機結(jié)構(gòu)中，可以很好地提升輸出功率，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

2.降低成本

煤礦生產(chǎn)涉及諸多機械設(shè)備，在機械設(shè)備正常生產(chǎn)時會消耗大量電能，增加生產(chǎn)成本，給環(huán)境帶來危害，不符合我國綠色生產(chǎn)的發(fā)展理念。對此，煤礦行業(yè)為了實現(xiàn)更好的發(fā)展，將變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于機械設(shè)備中，不僅可以降低能源的消耗，還可以保護環(huán)境，減少生產(chǎn)工序，降低成本。另外，由于變頻調(diào)節(jié)技術(shù)具有較強的優(yōu)勢，逐漸成為煤礦行業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)，在具體應(yīng)用時，還要結(jié)合實際情況，發(fā)揮自身的作用。

3.降低能耗

在煤礦機械設(shè)備長時期運轉(zhuǎn)，很容易出現(xiàn)高溫現(xiàn)象破壞設(shè)備路線，進而引發(fā)設(shè)備運行故障，增加能耗。然而，采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)可以提高工作效率，從整體上提升整體能源的利用效能，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的?？偟膩碚f，煤礦機械設(shè)備通過利用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，可以改善機械設(shè)備對能源的消耗，滿足煤礦生產(chǎn)需求，提升生產(chǎn)效率，降低成本，實現(xiàn)良好的生產(chǎn)效益。

二、煤礦機械設(shè)備存在的問題

目前，煤礦機械設(shè)備不僅會消耗大量能源，還會產(chǎn)生設(shè)備故障，帶來較大的負面影響。對此，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在應(yīng)用前，通過了解煤礦機械設(shè)備常見問題，可以更好地發(fā)揮技術(shù)的應(yīng)用效果。

（一）高能耗

盡管機械設(shè)備為煤礦生產(chǎn)效率提升予以了基礎(chǔ)性保障。但機械設(shè)備運行對能源的消耗較大，隨著我國提倡綠色生產(chǎn)、節(jié)能減排等理念，導致煤礦企業(yè)面臨高能耗的問題，根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，在煤礦機械設(shè)備運行時，消耗的電能只有70%，投入生產(chǎn)后，剩余的30%沒有發(fā)揮實質(zhì)性作用。同時，隨著煤礦行業(yè)的發(fā)展，全自動化技術(shù)也普遍得到了應(yīng)用，增加了能源消耗，導致生產(chǎn)成本提高。

（二）故障能耗

由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境較為復雜，機械設(shè)備受到諸多因素的影響，很容易產(chǎn)生機械故障，進一步浪費能源。同時，煤礦生產(chǎn)所使用的機械設(shè)備諸多，設(shè)備故障頻頻發(fā)生，不僅降低了煤礦生產(chǎn)效率，還會增加成本。另外，隨著社會生產(chǎn)對煤炭的需求量逐漸增大，煤礦生產(chǎn)力度有所加大，對機械生產(chǎn)設(shè)備的要求逐漸提高，經(jīng)常出現(xiàn)超負荷運轉(zhuǎn)，會提高機械設(shè)備發(fā)生故障的概率，消耗大量的電能，甚至引發(fā)安全事故，造成不可挽回的經(jīng)濟損失。

三、變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用要點

本文從采煤機、皮帶機、提升機、空氣壓縮機、水泵等煤礦機械設(shè)備，對變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用要點做出了簡要的闡述和研究。

（一）采煤機

采煤機作為煤礦生產(chǎn)的核心機械設(shè)備，對于能源的消耗較大。對此，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于采煤機中，可以更好地減少能源消耗。

變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于采煤機，要根據(jù)變頻裝置的安裝位置進行區(qū)分，通常情況下，機載系統(tǒng)安裝在采煤機外部，同時，由于機載系統(tǒng)利用短的電纜進行電力傳輸，傳輸效率較快，可以有效避免對電力能源的消耗。同時，由于機載系統(tǒng)安裝于采煤機身上，便于工作人員觀察和檢測，可及時發(fā)現(xiàn)裝置存在的故障，并進行有針對性的處理，以此減少設(shè)備故障產(chǎn)生的概率，確保煤礦生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

由于采煤機本身屬于大型機械設(shè)備，在正常運行期間，震動現(xiàn)象在所難免，機載系統(tǒng)也不例外，振動很容易引起變頻裝置異常，再加上煤礦生產(chǎn)環(huán)境較惡劣，容易引發(fā)設(shè)備故障。然而，由于非機載系統(tǒng)與采煤機處于分離狀態(tài)，不會受到振動的影響，可以很好地為煤礦生產(chǎn)提供便捷。由于飛機載系統(tǒng)與采煤機處于分離狀態(tài)，在使用期間必須使用電纜連接，但如果電纜出現(xiàn)問題，會影響到正常運轉(zhuǎn)。同時，由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境較復雜，電纜彎曲和接地情況時有發(fā)生，給安全事故埋下了隱患，因此，無論是機載系統(tǒng)還是非機載系統(tǒng)，都要根據(jù)實際情況而定，才能確保良好的生產(chǎn)效果，避免能源消耗。

（二）皮帶機

皮帶機是煤礦生產(chǎn)中重要的機械設(shè)備，屬于運輸工具，主要利用皮帶帶動輪車，輪車將煤炭運輸?shù)街付ǖ攸c，形成良好的運輸系統(tǒng)，提升煤炭生產(chǎn)效率。但由于皮帶機在正常運轉(zhuǎn)期間，瞬間啟動會帶動整個系統(tǒng)的運行，這時會消耗大量的電能，在后續(xù)運轉(zhuǎn)中沒有被皮帶機使用，會造成大量的能源消耗。對此，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于皮帶機，可以不經(jīng)過電能的刺激正常啟動，降低皮帶機啟動期間對電能的消耗。另外，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于皮帶機，利用傳感器實時收集皮帶機運轉(zhuǎn)速率以及輸送煤炭質(zhì)量等數(shù)據(jù)，并將其傳入變頻器中的控制器中，調(diào)整皮帶機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)變頻調(diào)速的目的。

（三）提升機

提升機屬于煤礦機械運輸設(shè)備，一般用于礦井運輸，在提升機減速時，通常使用低頻或直流電，但在電源切換時，很容易出現(xiàn)機械損傷事故，也會消耗大量的電能。然而，將變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于提升機中，可以避免電流調(diào)速帶來的負面影響，確保提升機運行的安全性。同時，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于提升機中，可以利用電氣系統(tǒng)控制運轉(zhuǎn)速度和自動，減少能源消耗和設(shè)備損耗，延長設(shè)備使用壽命。另外，如果提升機在運行處于負力狀態(tài)，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)可以將電能回饋給電網(wǎng)，從而降低電能消耗，提高提升機的安全性。

（四）氣壓縮機

通常情況下，空調(diào)壓縮機的常規(guī)控制方式為兩種，如果空收壓縮機的氣缸壓力與設(shè)置閾值相近，氣閥就會關(guān)閉，壓縮空氣會停止生產(chǎn)，并處于空載狀態(tài)，進而消耗能源。因此，為了避免這一缺陷，應(yīng)將變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用其中，很好地控制空氣壓縮機的運轉(zhuǎn)速度和進出氣量，避免出現(xiàn)加載和卸載的問題，提升空氣壓縮機的使用效率，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。另外，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在氣壓縮機應(yīng)用時，可以根據(jù)煤礦生產(chǎn)需求進行調(diào)節(jié)，以此提升生產(chǎn)效率。

（五）水泵

隨著煤礦生產(chǎn)力度的加大，地下滲水時常發(fā)生，如果處理不及時會出現(xiàn)積水現(xiàn)象，容易產(chǎn)生礦井塌方，引發(fā)安全事故。同時，地下水存在一定的導電性，煤礦生產(chǎn)需要大量的機械設(shè)備作為支撐，會產(chǎn)生短路，如果有人員接觸，就會發(fā)生觸電危險，甚至引發(fā)爆炸。對此，在煤礦生產(chǎn)時，需要有效利用水泵機械設(shè)備，且采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，調(diào)節(jié)水泵機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率，減少水泵少量抽水對能源的消耗，體現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)技術(shù)存在的價值。

四、變頻調(diào)節(jié)技術(shù)節(jié)能改造優(yōu)化措施

煤礦機械設(shè)備通過利用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，由于煤礦機械設(shè)備較復雜，采用變頻技術(shù)時，完善煤礦機械設(shè)備節(jié)能改造方案，確保發(fā)揮應(yīng)有的價值。節(jié)能方案改造優(yōu)化大致表現(xiàn)以下方面：

第一，煤礦機械生產(chǎn)設(shè)備啟動，會對生產(chǎn)區(qū)域電網(wǎng)造成一定沖擊，且對電網(wǎng)容量要求較高，啟動時會產(chǎn)生較大的電流和振動，給煤礦機械設(shè)備帶來嚴重損傷，也會消耗大量電能。對此，變頻技術(shù)在煤礦機械設(shè)備應(yīng)用中，利用變頻器的軟啟動功能，使啟動電流從零開始，確保最大值不會超過額定電流，避免對電網(wǎng)造成嚴重沖擊，做到降低電能消耗的同時，延長機煤礦機械設(shè)備的使用壽命。

第二，煤礦機械設(shè)備無功率不僅會增加線損和設(shè)備發(fā)熱現(xiàn)象，也會由于功率因數(shù)的降低增加電能消耗，同時，煤礦機械設(shè)備使用效率較低，會給煤礦生產(chǎn)效益帶來影響。將變頻調(diào)速裝置安裝于煤礦，在機械設(shè)備生產(chǎn)中，受到變頻器內(nèi)部濾波電容的影響，可以減少對無功率的損耗，增加煤礦區(qū)域配電作業(yè)的有功功率，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

第三，如果機械生產(chǎn)設(shè)備無法滿足負荷運轉(zhuǎn)的狀態(tài)，僅能滿足動力驅(qū)動的需求，會增加力矩，消耗有功功率，浪費電能。同時，煤礦機械中風機類泵等設(shè)備利用調(diào)節(jié)路口或出口的擋板、閥門開度調(diào)節(jié)風量和給水量，輸出輸入功率相對較大，會增加能量消耗?；诖?，通過利用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，如果流量要求相對較小，可以降低泵或風機的轉(zhuǎn)速，降低對能源的消耗，推動節(jié)能改造方案的進行。

五、結(jié)語

綜上所述，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)作為現(xiàn)代節(jié)能消耗的一種新型技術(shù)形式，與煤礦機械設(shè)備相結(jié)合，不僅可以降低對能源的消耗，還可以提升煤礦機械設(shè)備運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和安全性，避免安全事故的產(chǎn)生。同時，將變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用到煤礦機械設(shè)備中，在很大程度上促使煤礦實現(xiàn)綠色生產(chǎn)，避免對環(huán)境造成嚴重的影響，降低成本，實現(xiàn)良好的生產(chǎn)效率，使煤礦領(lǐng)域呈現(xiàn)健康、穩(wěn)定的發(fā)展趨勢。

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