变频控制技术在煤矿机电设备中的应用

鹤矿集团有限责任公司 安全生产部 周 明

随着计算机技术、电子技术和自动控制等技术的迅速发展，变频控制技术的应用也日渐成熟，并成为新时期节电、环境改善、技术优化的一种重要手段。煤矿开采行业的一个显著特征是耗费大量电能，电耗成本在其生产成本中占据着相当大的比例，而提升、排水、通风和压气等设备的电能消耗为总能耗的2/3以上，且其中的很大一部分属于浪费。为改善这一现状，煤矿工作人员于近年来开始尝试在机电设备中引入变频控制技术，从而有效地激发了煤矿领域中变频控制技术的应用潜能，并且在实践中取得了较好的效果。

一、变频控制技术含义

变频控制技术是电传动技术、电力电子技术及微机技术的综合应用，是机电一体、强弱电混合的综合性技术。变频控制技术的实质是通过对电力半导体器件通断作用的利用，来变换工频电源为另一频率的装置，即对电能作出控制。变频控制技术的基本原理是依靠整流桥来变工频电压为直流电压，再转换逆变器为电压、频率可调的驱动电源，从而为电动机无极调速的实现提供合适的电流和电压，是一种高效的、无附加转差损耗的调速方式。该技术之所以在目前能源危机形势下备受关注，不要因为他能够以电机负载变化为根据，做出平滑、自动的减速、增速，从而促进机电设备工作效率的大幅度提高。

二、变频控制技术在煤矿机电设备中的具体应用分析

1.矿井提升机中变频控制技术的应用。在煤矿中，矿井提升机的作用是对人员、物料进行安全输送，是煤矿生产中的重要设备。传统技术中是依靠电阻带动电机控制，再与鼓型控制器结合达到调速的目的，其缺点是存在过多的电阻小号，易造成散热不理想等情况的发生，且相对较小的电阻调速范围也使得精确度难以得到保障。而在矿井提升机的驱动系统当中应用变频控制技术，可以有效解决上述，不但可以使设备保护性、系统性能得到增强，而且能够进行平滑、无极的加、减速。归结其应用优点，主要表现在以下3个方面。

（1）与编程器结合，通过指令变换的形式控制电控系统中继电器的逻辑关系，实现了梯形图与电路图间的有效转换。

（2）对于继电器的控制只需较少外部线路就能实现，减少了继电器数量，故障较多、空间不足的情况得到很大改善。

（3）在处理系统故障时，能利用编程器与触摸显示屏来实施故障排查，简化了处理流程，且实现了对电器、机械故障的随时掌握。

2.皮带机中变频控制技术的应用。相比于提升机的功率消耗，皮带机要更大。皮带在摩擦力及特殊张力作用下在滚轴上实现运动，且需要液力耦合器至皮带机切换过程的参与，传统技术中，往往会应用减压空载启动、转子串接电阻等方法，但因启动电流过大，容易造成电机内部发热、机械冲激、电网电压剧烈波动等问题。且过短的启动时间会加速皮带的老化、断裂，对皮带性能提出了更高的要求。同时，液力耦合器在运转过程中，会加大部件磨碎程度，造成内部油温升高，不但增加了成本和维护难度，污染了环境，且功率难以得到同步和平均。皮带机系统控制结构如图1所示。

在皮带机中引入变频控制技术进行软起、软停，实现了对皮带机运行性能的优化。其优点主要表现在以下几点方面。

（1）能够以负载变化情况为根据，对输出的力矩、频率作出调整，是在传统恒速工频运行基础上的突破，具有一定的电力节约效果。

（2）在工作状态中，功率因素可超过90%，大大提升了工作效率。

（3）能量回馈功能在变频器中的应用，节约了电力能耗，且起到了环保、降低设备维护费用的效果。

3.通风机中变频控制技术的应用。通风机是煤矿的主要设备，主通风机更是矿井的“呼吸”系统，全天候运转，在煤矿生产中十分关键。新时期，随着煤矿巷道的延长和掘进开采的延伸，虽然风量的变化不大，但却要求井下风压持续增加，而风机功率也须随之增加。在通风机中应用变频控制技术，能够以巷道风向要求为根据进行方便的调速，规避了浪费现象，有着较为理想的应用效果。同时，基于变频控制技术应用的通风机改造，使得风机不必始终处于满负荷状态。因此，通风机在大部分工作时间中的运行速度都是较低的，这大大降低了风机工作的电气冲击和机械强度，延长了使用寿命，降低了维修强度。应值得注意的是，在应用变频控制技术改造通风机后，通常应尽可能低保持两台电机一致的运行频率，从而保证两台电机转速一致，避免因转速不同而形成风阻。

三、结论

市场经济也是效益经济，对于同样产品的生产，谁消耗的能量更少，谁的产品就更具竞争优势。在煤矿生产过程当中，水泵、风机等机械会消耗大量电能，而变频控制技术的应用能够以实际的生产需要为依据实现最经济的电能利用。节约了电能，生产成本自然会得到降低。按照目前趋势，在未来煤炭生产过程中，变频控制技术将在煤矿机电设备中有着更为广泛的应用。