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井下采煤系統變頻節能技術研究論文
摘要：介紹變頻技術的原理及作用，分析我國變頻技術的發展現狀，并結合實際工作經驗，探討變頻節能技術在采煤機、皮帶運輸機、刮板輸送機、通風設備等采煤設備中的應用，分析和展望變頻節能技術在井下采煤系統的應用前景。變頻節能技術在井下采煤系統的應用對節能降耗、提升效益起著重要的作用。
關鍵詞：變頻節能;采煤系統;分析;前景
目前，能源緊缺已經成為全世界面臨的嚴峻課題，我國的煤炭開采行業現狀又不容樂觀。一方面，煤炭開采技術相對落后，生產效率得不到顯著提高；另一方面，由于機械設備的落后和陳舊，使井下作業工人的生命安全也得不到有效保證[1]。隨著工業技術的發展完善和電子電力技術的日漸成熟，變頻節能技術得到了越來越廣泛的應用。煤炭企業作為我國目前的耗能大戶，在用電耗能方面一直占據較大的比例。因此，對于礦山煤炭企業井下采煤系統生產的各個環節，有效地運用變頻節能技術就顯得尤為迫切。
1、變頻節能技術概述
1.1 變頻技術的原理及作用
實際上，變頻技術的核心就是交流變頻調速器，簡稱變頻器。所謂的變頻，是指將常規的工頻電源轉化為另一頻率的電能，從而達到節能降耗的目的。一般來講，這一過程，是通過利用半導體器件的改變來實現的。運用變頻技術的關鍵目的是節能降耗，據統計，在某些特定的情況下，利用變頻技術可以實現節電40%以上，當變頻技術用于風機、泵類機械時可以省電50%，在要求調速的負載中，也能夠實現最高節能40%的效果[2]。其中通過輕負載降低電壓來實現節能是變頻器節能的主要途徑。在具體的實踐工作中，如果僅僅通過降低電壓來拖動轉矩負載，這樣對于轉速的改變并不大，對于節能的效果也并不理想。但是，如果將這種變頻技術應用到風機環境里，效果會大大不同。這主要是因為當風機的風量需求降低時，風機轉速大大降低，而風機的耗能跟轉速的1.7次方成正比，所以此時電機的轉矩迅速降低，節能效果相當明顯。而我們所探討的井下采煤系統主要就是通過運用這種技術和原理來實現節能的。
1.2 變頻節能技術的發展歷程
交流變頻調速器起源于20世紀60年代初期，經過近20年的發展，到20世紀80年代時在世界范圍內的工業相對發達的國家中得到了廣泛的應用。雖然，我國的變頻節能技術起步較晚，但是經過眾多科研機構和相關企業的不懈努力，我國的變頻節能技術得到了快速的發展，目前已趨于成熟，處于世界領先水平[3]。現階段的節能變頻技術日漸成熟，在我國由于變頻帶來的年節電潛力有望超過三個葛洲壩水電站的發電量。
2、變頻節能技術在井下采煤系統中的應用分析
由于井下采煤工作是一個系統性、連貫性的工作，各道工序相輔相成，因此變頻節能技術的應用貫穿于井下采煤系統的各個環節。
2.1 變頻節能技術在采煤機中的應用
在我國現階段的井下采煤系統中，使用的主流采煤機型是電牽引雙滾筒采煤機。原有的采煤機的變頻調速系統已經得到了長足的發展和完善，假設兩臺電機是1.5kW，那么“一拖二”就要選至少3kW的變頻器，但是“一拖一”設備只選1.5kW的就夠了，因為“一拖二”的負載是2個電機在運行，“一拖一”設備就是始終一臺在用。所以，原有的“一拖二”逐漸被“一拖一”所取代。另外，變頻器輸出側為PWM波，電機電纜與大地之間有長電纜的電容效應，使用帶屏蔽層的電纜時，電容效應更加明顯。在變頻器實際工作時，由于使用了四象限變頻器調速電牽引，就可以實現原牽引速度不變，避免機械設備出現下滑跑車，同時使操作更加靈活、控制更為簡便[4]。
2.2 變頻節能技術在皮帶運輸機中的應用
皮帶運輸機在井下采煤系統中的使用，既可以有力保障井下作業人員的安全，又可以大大提高井下工作效率，解放勞動力。在以往的井下作業過程中，一般是采用液力耦合器來實現皮帶機的軟啟動，這種方法不僅能耗高，而且時間一長容易引起皮帶老化甚至斷裂。從原理上來講，在皮帶運輸機中使用變頻節能技術主要是通過降低電機啟動時的電流波動來減少電機內部的機械發熱和慣性沖擊，同時使得皮帶機的傳輸功能得到充分發揮，最大限度提升安全性能和生產效率。
2.3 變頻節能技術在刮板輸送機中的應用
現階段，在現有的井下采煤工作面內，刮板輸送機的井下作用已經不僅僅局限于運送原煤和各種作業物料，同時也是采煤機的作業軌道，所以刮板輸送機是現代化采煤工業領域必不可少的重要設備。只有刮板輸送機持續、正常運轉才能保證采煤工作面的整體運行。固定式和移動式是刮板輸送機的兩種常見類型，在用于煤炭工業時，其輸送能力可以達到30～120t/h，鏈條速度最高可以達到1.0m/s，這就造成了刮板輸送機的空載功率消耗較大，約為總功率的30%。因此，變頻節能技術在刮板輸送機中的應用，可以使空載能耗顯著降低，有效降低生產成本，保障采煤作業持續運行。
2.4 變頻節能技術在通風設備中的應用
由于礦井開采作業工期長，所以通風設備長期處于高負荷運轉，消耗大量電能，屬于井下作業中的高耗能設備。因此，變頻節能技術的應用必不可少。現階段，經過變頻技術改造過的通風設備已經逐漸取代了過去傳統的以恒定運行為主的通風設備。這樣，不但可以根據實際工作需求調節通風量，而且可以預防電流沖擊帶來的設備損害，實現電功率的合理分配，有效降低通風設備的作業強度，減少維護頻次和延長設備使用壽命。
3、變頻節能技術在井下采煤系統的應用前景分析
我國的礦山資源豐富，煤炭開采企業仍有較大的發展空間，因此對于變頻節能設備的需求量也很大。同時，節能降耗和改善井下作業人人員的工作環境是煤炭產業的發展趨勢，伴隨著電子智能技術的進一步發展，變頻節能設備的應用和控制必將在煤炭企業的發展過程中發揮越來越重要的作用。
4、結語
變頻節能技術在井下采煤系統中的應用，一方面，可以通過改善井下工人的作業環境，提高生產效率，強化設備的精細化控制，保證安全生產等來滿足煤礦企業的相關生產需求。另一方面，變頻技術的使用能夠有效地降低機械損耗、改善運行狀態、延長設備使用壽命以及降低能量損耗達到節能環保的目的。因此，相關的專家學者和行業工作者還需要通過不懈努力進一步實現變頻節能相關技術的不斷創新。
參考文獻
[1]王明敏.變頻節能技術在煤礦通風機中的應用分析[J].中國科技縱橫，2014（1）：190.
[2]韓煥勝.變頻節能技術在煤礦通風工作中的應用[C]//煤炭經濟管理新論（第7輯）.第八屆中國煤炭經濟管理論壇暨第二屆中國煤炭學會經濟管理專業委員會工作會議（2007）.北京：中國煤炭學會，2007：174-175.
[3]王朝福.淺談變頻調速技術在煤礦運輸系統中的節能應用[J].科技創新與應用，2014（4）：294.
[4]趙志宏，李志強.淺談煤礦機電設備變頻控制技術[J].企業技術開發，2010，29（10）：126.
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