变频调速技术在煤矿运输机中的应用分析

高健

（安徽德高矿山科技有限公司，安徽 淮北 235000）

近年来，我国经济得到了快速发展，各行业对能源的需求量不断增大，作为现阶段广泛应用的一种资源形式，煤炭资源开采效率受到了人们的密切关注。过去，在煤炭生产运输过程中，主要运用的是运输机，此方式运输质量不高、无法自动调速、运输速度慢。变频调速技术能够相应地改变输入电源频率，对电动机的转速进行调节，促使电动机能够自动调节速度和软启动停止，平衡功率，在煤矿运输机中运用此技术，可以促进运输机的工作效率大大提升。所以，当前，针对煤矿运输机中变频技术的有效应用展开深入研究，意义尤为重大，可以加深对变频调速技术的原理特点、煤矿运输机的作用的掌握，从而最大化发挥出此技术的作用，促进煤矿整体运输效率的提高，获得最佳化的社会效益和经济效益。

1 煤炭运输机概述

在煤矿工业中，最不可忽略的一个环节就是煤炭运输机系统，其高效性、稳定性直接影响着整个生产的运行。以往的运输机系统，即使低速扭矩发生变化，其速度依然未受影响。不论是对煤炭，还是物资材料进行运输，扭矩的变化不会影响运输机的速度，只是负载电阻会发生改变。除此之外，传送带速度受到影响也比较小。针对运输操作的具体方式来说，也就是超低功率近零电源，传输距离短则几百米，长则能够达到几千米，低速驱动系统发挥了重要作用。煤炭运输机系统十分繁杂且庞大，要求技术集中。其中矢量系统不仅耗能低，且可长期保持一个高性能状态。而其中的速度反馈则能够事先设定速度，借助监测对扭矩展开自动调节，还能和实际情况相结合，另外加入一些操作程序，如张力测量等，从而进一步完善整个控制过程，确保整个运输系统高效、稳定地运行，保障运行安全。

2 变频调速技术的概述

2.1 变频调速技术的原理

安装变频器是应用变频调速技术的重中之重，图1便是一种常见的变频器，图2为其系统通信网络图。变频调速系统的组成部分主要包括辅助器件、电抗器和变频器主体，各器件之间互相配合，有效控制电动机速度，并实现故障保护等。变频器主体借助可控硅整流，同时借助诸多IGBT功率器件，将逆变器组成，由交流供电在上级馈电开关的辅助下成功进入整流模块中，成为直流，之后通过滤波电容后进入IGBT，将直流转化成适当频率、相位与电压的交流电，进而提供给电机运转所需电力。

图1 一种常见的变频器

图2 一种变频器的系统通讯网络图

但是，以异步电动机的转速公式n=60f1p（1-s）为基础，可以了解到，转差率s一定的时候，电动机转速n同电动机电流频率f1之间的关系呈正比。所以，如果想平滑调节异步电动机的匀速速度，最重要的一个步骤就是改变供电电源的频率，但中途不能中断。但是，当f1出现改变时，也会改变电动机的其他参数，这样就会让电动机的运转特性发生变化，如此就无法获得良好的调速特性。针对这一问题，应联系电机学的知识，与调节定子电压相配合，也就是U1=E1+I1Z1。

2.2 运用变频调速技术的必要性

变频调速技术是以三相异步电动机在频率的改变下发生变化的特性为基础，借助将交流电机的供电频率改变展开调速。因为其具有高效性、稳定性，所以逐渐广泛应用于煤矿生产中。20世纪中后期前，我国煤矿运输机通常是借助电动机进行拖动的，如水泵、运输机和提升机等设备，而借助此方式，所需维护成本较高，进而导致煤矿运输工作始终无法得到良好发展，甚至对设备的使用寿命造成极大影响，在此形势下，变频调速技术随之出现，其在一定程度上结合了其他技术，如智能控制技术、计算机技术，调速方式先进、系统稳定，所以很快便在煤炭生产领域中得到了广泛运用，促进了煤矿生产良好发展。在感应技术、通信技术的日新月异下，变频调速技术也得到了迅猛发展，性能大大提升，同时，越来越智能化和小型化，所以在煤矿运输机中，变频调速技术的应用是必经之路。

3 煤矿运输机中变频调速技术的应用

运输机系统具有一定的复杂性，所需承重较大，同时，在转型中启动制动、传送带和运输具有非常大的动态张力，很容易造成一些或所有皮带滑动，进而磨损驱动滚筒垫，也会使传动皮带表面受到影响，导致皮带与辊之间的黏附系数降低，进而无法顺利实现运输和启动。受张力影响，输送带发生移动，安全系数明显降低，且加大了负载张紧装置，附加位移，产生较大影响，甚至引发极大的机械损坏。

在工作过程中，运输机涉及以下几个方面：首先，初级阶段的时间与输送带静态电阻驱动滚筒过程的运行之间存在着紧密的联系，并且还与传动滑轮的静态电阻组反馈时间有着密切联系。启动阶段，即设备在启动时，其静阻力向动阻力转变的阶段，在该阶段中，由于静态阻力发展成动态阻力，所以会导致输送带动态张力上升，引起输送带振动。此过程如果想顺利运输，就要立足最开始的张力促使皮带的张力加大。滚筒驱动器被驱动后，在推动力的作用下，会向周围切入点进行传送，最终促使往返输送过程顺利实现。最后一个阶段便是输送阶段，是立足初级阶段慢慢向启动阶段转变，之后立足两者将额定转速输入，最终实现顺利输送。此阶段的运输机缺乏稳定性，状态不好，与交流电运用过程中的机器特点存在着紧密的联系，输送带在出发时，会产生较大动态张力。因为输送带是一种黏弹性体，因此，借助驱动力可以促使黏弹性发生变形，同时，设备缺乏稳定性，造成动张力出现。输送带启动前，其各部分的静阻力均不一样，在启动操作的作用下，能够形成逐级启动模式。若要想让输送带某一段可以成功地进行输送，必须确保可以承受的静阻力比两端的拉力差低，如此才可以启动。此时，若是输入的驱动力忽然发生变化，便会对输送带产生冲击，出现回峰值张力，该状况与输送带涉及的力学性质、运输机长度、运行阻力等因素有着密切联系。就此情况，可以将变频驱动装置加入驱动装置中，以此对装置的机械性能进行调整，将峰值张力有效消除，确保装置的输入更加平稳。

除此之外，输送带运行状态不稳定的情况下，不仅静张力会对其造成影响，速度变化形成的附加张力会对其产生影响。运输机在启动后，传输速度与阻转矩之间不存在联系，其属于一种恒转矩负载。因此，同时受到动张力和静张力，导致驱动滚筒出运输机张力变大，进而造成运输机工况缺乏稳定性，最终损坏输送带滚筒、设备的电机和其他部件。就此情况，可以使用变频调速技术（其应用特征见表1）。如此，在电机运转过程中，可以调整供电电压的频率，借助转变电机启动转速，可解决以上问题。整个过程以系统最初设定的时间范围为基础，增大零转速，使其处于运行速度，此过程不会冲击电网，确保启动操作更加平稳和可靠，缩短了设备的维护、检修时间，维修工作量显著减少，并促进了设备使用寿命延长。

表1 煤矿运输机中变频调速技术的应用特征

运用变频调速技术后，设备处于运行状态的过程中，可以获得最佳化的重载平稳启动作用，同时，此技术也让设备的速度调整功能更健全，根据运输机栽种重量，借助技术的智能化功能调节运行速度，此种调节不涉及负荷大小的划分，启动平稳。就整个煤矿输送系统来说，平稳启动对电机、运输机启动进行了整合，在电机的作用下实现慢速启动。对于此过程而言，能够将皮带内部能量释放出来，最终使运输机形成的张力得到化解，以免损坏皮带。据相关研究可知，运用变频调速技术后，可降低运输机出现故障的概率，延长相关设备的使用寿命。

4 结语

总而言之，将变频调速技术应用到煤矿运输机中，能够改善传统煤矿运输机控制系统，促使启动过程中产生的张力以及动态阻力减少，确保煤矿运输机工作状态稳定，并且还涉及其他优点，如性能强、体积小等，同时，还能节省能耗，促进工作效率提升。所以，需重视对变频调速技术的运用，以此使系统损耗率有效减少，促进煤矿生产效率显著提升。