变频技术在现代煤矿机电工程中的应用

郭拥军

(山西长治经坊煤业有限公司，山西 长治 047100)

1 前言

我国现代煤矿高速发展的重要标志就是变频技术的应用，我国煤矿工业已经实现了机械化到机电化的过渡，可以满足现代工业生产中对煤矿产量需求。变频技术的综合性比较强，是近些年来发展起来的重要技术，基于变频技术进行现代煤矿机电工程发展，就要把握变频技术的主要工作原理，加强其在煤矿机电工程中的应用。

2 变频技术及其发展

2.1 主要内涵

作为一门综合性很强的新型科学技术，变频技术实现了电机传动技术、电力电子技术、计算机等技术的统一，目前在机械设备控制中运用非常普遍。变频技术具有优良的调节性能，而电力电子技术和计算机技术的结合，完成了传动和控制的有机结合，进而实现机电一体化。变频技术的工作原理主要利用的是半导体元件，它可以实现工频电流信号向其它相应频率的转化，再将工频电流转化为直流电，在整个过程中逆变器可以实现电压和电流的控制调节，保证机电设备进入无级调速状态[1]。目前现代煤矿机电工程中应用的变频技术主要是对电机转速和电源频率进行调节，以完成对电机转速的调节和机电设备的控制。而且变频技术对于保证煤矿机电工程设备的平稳、控制设备的加减速等都有重要作用，是现代煤矿机电工程的发展方向。

2.2 发展现状

科学技术的发展推动了变频技术的发展，尤其是电子信息技术的发展，目前变频技术在理论研究和实践应用中都发展很快，而且其经济效益、生态效益和社会效益都非常好。变频技术的应用使得生产过程中能源消耗大幅度降低，越来越多企业开始引进这一技术。对于系统的控制方式和功能，变频技术可以实现控制模块的智能设置，提高其生产的综合化水平。因此，随着变频技术的不断更新，未来发展过程中将会在不同行业和领域中得到越来越广泛的应用。

3 变频技术在现代煤矿机电工程中的应用

3.1 煤矿风机

在风机和泵类负载是最早开始运用变频技术的，但是应用在煤矿机电设备中还比较晚。现在矿井通风设计的方案比较多，而且差异性越来越大，实际操作过程复杂。比如在矿井生产中期，需要对风机进行更换，这样才能保证其通风效果，而实际操作中机电设备容易发生故障，这就增加了其维修量和维修难度。不用的风机会被暂时搁置，造成资源大量浪费，使得煤矿机电设备的有效利用率降低。如果在煤矿风机中应用变频技术，不仅可以提高煤矿的通风性，也防止重复的更换工作，提高节能效果[2]。例如在煤矿掘进时，一台风机就可以满足其风量需求，使得操作过程更加方便。

3.2 煤矿提升机

在煤矿企业中，煤矿生产系统用电量是其用电量的70%～90%，尤其是在大功率用电设备的启动、加速、减速、制动等过程中，会产生很大的负荷，此时就会产生电压波动，并对其他设备安全运行产生影响，比如矿井提升机、胶带输送机、主要通风机、主要排水泵等。一旦产生机械冲击，设备的损伤就会增加，可能会影响其使用寿命。变频技术因其具备良好的调速性能和节能效果，使得煤矿机电设备的自动化控制程度和运行效率得到了提高。因为矿井提升机的工作条件特殊，所以在复杂、繁重的运行条件下，其设备性能就必须满足更高的要求。实际工作中提升机需要进行不断的启动关闭，其调速任务重，增大了机电设备的故障发生可能性，使得机电设备容易受到损害。对于提升机，变频技术可以提供一种有效保护，并提高其工作效率，有利于提高提升机的运行能力。变频设备的内部软件用来调节提升机的速度，这样就可以降低提升机的故障发生频率，减少机电设备的维修和费用，并且可以实现电能的有效节约，最终达到节能降耗的目的[3]。

3.3 煤矿空气压缩机

空气压缩机是煤矿风动机电运行的主要动力来源，通常由交流电机实现，所以必须保证电动机一直处于全速的工作状态。而空气压缩机进行压力控制会运用上下两点控制模式进行，使得交流电动机一直处于工频的运行状态。如果空气压缩机的气缸压力和其预设的压力值一致，此时空压机的进气阀可以关闭，不需要继续产生压缩气体，保证电动机处于空载状态。在压力不断下降过程中，如果其接近预设压力，就会打开空压机气阀，并产生压缩空气，此时就是一种重载状态。但是通过实践发现，煤矿实际用气量和产气量不可能完全一致，所以空压机就需要频繁的进行加载卸载，影响电网、电动机和空压机。因为变频技术的高控制精度、易操作性和免维护性的特点，如果将其应用于普通电动机调速，在其拖动负载时就不用改动，只需要根据具体的生产工艺要求调整其转速输出[4]。对于传统空气压缩机的加载方式来说，变频器驱动方式实现了控制方式的根本改变，只要根据用气量对拖动电动机进行转速调节就可以实现自动调控，这样供气压力就会基本恒定，减少压缩机的启停次数。

3.4 皮带设备

皮带设备是煤矿机电工程中运用比较频繁的一种设备，其启动和运转必须有大功率支持。目前我国现代煤矿机电工程中的皮带设备实施软启动大多是利用液力耦合设备，这一过程中并未改变电动机起动的实际过程，仍会需要很大的电流，其冲击电流对于设备零件会产生严重损伤。而且运行中液力耦合设备低效调速产生的热量比较多，使得皮带设备内部的温度迅速升高，容易产生不同程度的磨损，降低皮带寿命，留下安全隐患[5]。目前变频技术已经取代了传统的液力耦合设备，实现设备的软启动，设备瞬时张力减小，使得皮带损伤的情况得到缓解，为设备稳定运行提供了保障。

4 结语

随着煤矿开采不断进行，其设备和技术的更新为煤矿开采提供了新的动力支持，推动了我国煤矿开采业的专业化发展，大大提高了其开采生产效率，为我国经济发展提供了能源动力支持。目前我国现代煤矿机电工程中应用了变频技术，实现了我国煤矿机电施工中的节能降耗，提高了煤矿机电工程的工作效率，并在具体实践中取得了很好的效果。在现代煤矿机电工程的风机、提升机、空气压缩机、皮带设备等多个环节中都有变频技术的应用，改变了传统煤矿机电生产的不足，实现了我国工业发展运行模式的转变，推动了我国现代煤矿机电工程向节能环保方向的转型。