变频技术在现代煤矿机电工程中的应用探微

张森尧++王维平

摘 要：随着我国社会经济的不断发展，计算机与电子技术也在飞速发展，这就使得变频技术在煤炭行业有了用武之地，尤其是在煤矿中针对机电设备的升级改造过程中。通过将变频技术应用到机电设备中，可以使其更加安全高效，产生巨大的社会效益与经济效益。

关键词：煤矿；机电设备；变频技术；采煤机

中图分类号：TK223.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）24-0140-02

1 变频技术简介

变频是需要改变电流的频率，实现这一技术的主要装置为变频器。变频器的结构一般较为复杂，包括了主板、电机电容、电源板等部件，通过部件之间的共同作用完成改变电流频率的主要功能。在传统机电设备中，电流的频率是固定不变的，所以在运行过程中，设备内部部件的转速也是不变的。但是在实际工程中，经常需要某一机电设备在不同情况下以不同的转速、功率等运行，这样不能变频的现状就对机电设备造成极大损耗，并且浪费了大量电能。在传统机电设备中，电流的频率是固定不变的，所以在运行过程中，设备内部部件的转速也是不变的，而变频技术可以改变这一状况，并且在煤礦机电设备中已经取得了众多成绩：使得机电设备更加智能化与科学化，对矢量与转矩进行控制，对机电设备进行自由控制。

2 变频技术的主要作用及原理

2.1 作用

（1）调速。例如在某些矿用运输设备中，传统调速采用的是转子串电阻，这种方法不但调速范围较窄，而且准确率较低。当采用变频技术后，可以使其更加安全地运行，不但提高了使用性能，更可以减少损耗，延长使用寿命。（2）节能。例如在风机或者空压机中，传统方式是通过采用调节气门的开度来实现不同输出的方式，这种方式浪费了大量能源，大幅降低了整体经济效益。如果采用的是变频技术，此种情况就完全可以避免。

2.2 变频节能技术的基本原理

通常情况下，变频节能技术就是借助一定的手段把交流电向直流电进行转换，然后向相应交流电的频率对其进行调整。具体步骤为：首先在整流器的作用下，使输入交流电流逐渐转化为直流电，并进一步把直流电转化为频率可控的交流电，最终向电动机输出。实际上，变频器一般是由逆变器、整流器以及控制电路构成，其中的逆变器可以完成直流电向交流电的转变，整流器能够实现对交流电的有效调整，并使其顺利的转化为直流电。控制电路则需要在运行指令的控制下，实现对逆变器与整流器的有效控制，从而实现电流频率的改变。

2.3 变频节能技术应用意义

就煤炭企业而言，矿井各个生产系统中机电设备的用电占到企业用电量的70%-90%，变频节能技术能够通过控制供给机电设备的交流电电压（变频器输出频率与输出电压成正比）而控制其耗电量，使煤矿机电设备的实际负荷能够与实际耗电量相符，不会出现空载与带负荷情况下同等耗电量的现象，这就大大的节省了电能，明显的节能效果和优越的调节性能使变频节能技术在我国矿山中的应用越来越广泛。

3 变频技术在矿井中的具体应用

变频器可以应用到多种设备中，包括风机、水泵、空调、机床、压缩机、磨床等等。它不但可以进行调速，还可以优化设备的运行，具有维护简单、性能优异等特点。在矿井中，变频器针对其中的风机、空压机、采煤机、胶带运输机与水泵等典型设备的作用。

3.1 在风机中的应用

在矿井开发的不同时期，针对矿井的通风设计是不同的。例如在开发中期，如果通过更换风机的方式来改善矿井的通风问题，不但手续繁琐，而且容易引起设备故障。更换下来的风机还会闲置，会降低设备的利用率，造成资源浪费。如果将变频技术应用到风机中，以上现象将完全消除，不但可以完全满足矿井在不同开发时期的通风要求，而且操作起来非常方便，减少了风机设备的空置率，提高了风机的性能，节能效果也非常明显。

3.2 在空压机中的应用

（1）空压机的启动。在传统的空压机启动过程中，不管是直接启动还是依靠转子串电阻启动，都将在启动瞬间产生极大的电流，对空压机产生较大损害，降低了设备的使用率，若将变频技术应用到空压机中时，就可以避免这种大电流的启动方式，减少对机电设备的伤害。（2）压风系统的控制。在空压机压风系统中，传统方式是采用开环控制，并利用调节器调节，在此过程中空压机中的相关设备会不断被重启，从而改变风力。如果将变频器应用到空压机设备中，不论是采用压力闭环控制还是采用手动调节方式，都可以对提高其利用率，减少维修量，不但可以降低能耗，还可以使得空压机始终处于最优工作状态。

3.3 在采煤机中的应用

采煤机是煤矿中最重要的设备之一，其现代化程度也就代表了煤矿的现代化程度，但是由其组成的系统非常复杂，所处的工作环境也非常恶劣。一旦发生故障，将造成整个采煤工作的停滞，造成巨大损失。随着对采煤机的不断开发与改进，在增加其功能的同时，也造成了其系统的复杂性，使维修难度大幅增加。如果将变频技术应用到采煤机中，就可以组成变频调速系统，并从“一拖二”方式发展成为“一拖一”方式，提高了采煤技术，并推广能量回馈型四象限变频器。此变频器的使用，减少了设备损坏，降低了整体设备维修量，延长了设备的使用寿命，使得整个采煤系统操作起来简单、方便，调速工作更加安全、可靠。

3.4 在提升机中变频技术的应用

矿井提升机启动与操作的频率很高，并且在速度改变上有着较高的要求，在实际生产市场因为故障导致煤矿开采受到影响，为此，变频调节技术的应用对于提升机而言也有着十分重要的意义。通过变速调节技术，可以使提升机的工作性能得到明显的提升。首先，其可以使提升机的加减速更加稳定，从而提高了整个系统的稳定性和安全性；其次，设备故障率降低，维修工作也相对轻松；此外，通过采用变频调节气，还能够对提升机能耗进行有效的控制，但是电阻通电产生的热能很高，显然这会增加能源消耗，造成不必要的浪费，而在变频器的作用下，这部分热能能够得到有效控制，并且在提升机下放速度减速时的过程中，电动机回将这部分电能向电网快速并入，如此能源利用率就得到提升。endprint

3.5 在胶带运输机中变频节能技术的应用

煤矿胶带运输机一般具有重负载、大惯量的特点。以往电机启动采用的软启动器在控制煤量时需要对电动机进行多次启动，这就增加了电机设备损坏的概率。通过引进变频技术，不管煤炭量变化与否，变频器都可以使电机启闭次数得以减少，并且其操作更加简单，可以增加胶带的使用寿命；其次，液力耦合器是各皮带传送机软启动采用的装置，这会导致电机控制失灵，进而损坏设备，通过引进变频调节技术，就可以有效解决这一问题；此外，在变频器的帮助之下，由于启动电流过大而造成的电网闸顶事故就可以得到有效预防，对于工作人员的安全起到了十分关键的作用。

4 变频技术发展方向与应用前景

4.1 主要发展方向

随着变频技术的不断发展与成熟，人们逐渐意识了到它的价值与优势，并开始积极主动地采用，在下一步发展过程中，其主要发展方向为：交流变频技术向直流变频技术转化，由脉宽调制向脉幅调制控制技术改变，高集成智能功率模块功率器件的发展。

4.2 应用前景

作为产煤大国，在煤炭业现代化过程中，煤矿机电设备的现代化尤其重要。在其开发改进过程中，必须注意其节能、高效的推广与应用，而变频技术正是关注的要点。通过在传统机电设备中应用变频技术，能够对设备的高发热、高耗能、调速不準、设备损耗高等问题起到良好的解决效果，减少各关键设备的安全隐患。

5 结语

变频技术在现代煤矿产业中的应用前景广阔，随着我国节能减排政策的不断深入，在煤矿机电设备中推广变频技术显得尤为重要，它可以保证煤矿的安全生产，完成对设备的精准控制，降低总体资金投入，提高煤矿生产的科学与安全性，具有非常广阔的前景。

参考文献

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