变频控制技术在煤矿机电设备中的应用探讨

摘要：煤矿开采环境恶劣，生产条件不稳定，使得设备工作效率低且损耗严重，严重影响了煤矿开采工作的安全和高效。变频调速控制技术的发展和在矿山机电设备中的应用较好的改善了这一现状，笔者结合自身工作实践，对变频控制技术做了介绍，并对其在矿山机电设备中的应用做了简要的探讨。

关键词：变频；煤矿机电设备；应用

引言

煤矿生产中的机电设备耗电量占了煤矿耗电量非常大的比率，煤矿企业生产成本能否得到较好的控制和降低则在很大程度上取决于机电设备的能耗水平。矿井生产设备的节能成为其节能的重中之重。变频控制技术的出现和应用，以及在煤矿领域的大力推广使得煤矿机电设备的节能进入了一个新的阶段。

1 变频调速技术的特点

众所周知，机电设备电机的转速是和工作电源输入频率成正比例关系变化的，改变电动机的电源频率就可达到速度调节的目的，变频调速技术正是基于这一原理，通过改变电动机工作电源频率来实现改变电机的转速。我们所讲的变频技术主要是指交流变频技术，实质是将直流电逆变换为不同的交流电，或是先将交流电变成直流电再把直流电逆变为不同的交流电，在上述的过程中，一般只发生频率变化。技术的的发展不断推动着变频调速的技术进步，促进了变频调速技术的发展，在功能和性能方面也都大大超过了直流调速系统，也有逐渐取代直流调速系统的趋势，且变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等方面大大超过了其它常规交流调速方式。

变频器是变频调速的关键装置，它是利用电力半导体器件的通断作用把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的电能控制装置。变频器主要采用“交——直——交”的工作方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为 IGBT三相桥式逆变器。且输出为 PWM（脉冲宽度调制）波形，中间直流环节为滤波、直流储能和 缓冲无功功率。PWM控制技术是变频技术的核心技术之一。目前，变频调速控制技术以其优异的性能得以在诸多生产行业中广泛推广和应用，在电力、轧钢，造纸、化工、水泥、煤炭、纺织、铁路、食品、船舶，机床等传统工业的改造中以及航空航天等高新技术的发展应用中都能看到变频调速技术的踪影，变频调速技术取得了良好的经济效益和社会效益。

2 变频控制技术在动力负荷设备中的应用

2.1 变频控制技术在矿井提升机中的应用

矿业生产中，矿井提升机有着非常广泛和重要的作用，物料或人员运送到目的地就离不开提升机。比较传统的提升机的调速原理是通过金属电阻来带动电动机运作，再结合鼓型控制器或者接触器切除电阻来达到调速的效果。该方式弊端较多，电阻消耗多以及散热不良等情况都经常出现；同时，电阻的调速范围并不大，这就决定了精确度降低的情况是不可避免的。此外，在进行减速和下放时，需要通过动力来生成直流电源或者低频电源，这在很大程度上会造成设备的损坏，不仅用电能耗较高，也对矿山的安全生产和正常运行都是非常不利的。如果在矿井提升机驱动系统中使用变频控制技术，能够很好的实现平稳加减速，极大的增强了安全性和系统性能，还能有效的控制各种问题的出现，加强机电设备的保护。

2.2 变频技术在皮带机中的应用

皮带机较提升机而言，其功率更大。皮带机是通过驱动轮毂产生摩擦力进而带动皮带进行作业，皮带再结合较为特殊的张力变形和摩擦力来牵引滚轴进行运作。主要工作原理是将绕线电机经转子绕组降压启动后工频运行，经液力藕合器切换到皮带机。其中采用转子串接电阻改善转矩和减压空载启动等方式，皮带机的启动时间是很短暂的，如果皮带韧性不足的话，长时间运转会造成皮带老化甚至断裂的状况，另外，由于在启动的过程中会伴随较大电流的产生，无疑会形成电机内部发热发烫现象甚至造成电网电压的剧烈波动。液力藕合器在工作过程中，内部的油温容易升高较快，也存在内部部件的摩擦加大等现象，这些都在很大程度上增加了维护的成本和维护难度，另外还有功率较难同步的诸多问题。然而通过变频调速就能够很好的改变传输机出现软起、软停等不良运作方式的状况，更好的稳定皮带机的性能。使用了变频调速技术的皮带机，其工作频率和力矩均可根据自身承担的负荷状况来很好的调节和改变，使电机工频能够恒速运行，不仅运行安全而且高效节能。变频技术能有效的提高工作效率，在皮带机中的应用能使系统功率因素改善到90% 以上。使用高压变频器还能实现皮带机能量回馈功能，也能够有效降低在其他设备上所花费的维修保养费用，在实现环保的基础上不断提高能源的利用效率。

3 变频控制技术在流体负荷设备中的应用

3.1 变频控制技术在通风机中的应用

通风机属于矿山生产必不可少的机电设备之一，应用于长时间的作业过程，作为矿井作用的通风设备来讲，其重要性不言而喻，它也有“矿山器官”这样非常形象的称呼。随着煤矿开采深度的不断增加，风压也随之不断增大，对于通风机功率的要求也越来越大，然而要使通风机达到较大的功率却并不是件容易的事情。在煤矿生产实践中，因其低耗高能的特点，变频调速已在通风机设备中得到了较好的应用，它能够根据实际的生产和环境需要来改变风量的大小，经过变频技术改造支持下的通风机，能有效实现变频软启动，较好的避免启动时电流过大的现象，避免对电网设备形成冲击，杜绝运行中危险事故，还能够根据需要很好的对设备进行启动和停止的操作。一般而言，通风机基本是以较低的速度运转的，这就使通风机的强度得到了有效地控制，能够使通风机的使用时间更长，降低通风机的维修次数和维护工作量。但是在电机运用的过程中，必须严格控制两台电机的运行频率，保持其一致性，确保电机的转速一致，有效的来避免因风阻现象而导致的风机受到影响无法正常运转的现象。

3.2 变频控制技术在水泵中的应用

可将变频调速技术用于在矿区的给水、给液用泵中，系统变频器就可灵活的控制抽水泵的平滑起停、适时加减速，这样可以增加系统工艺控制的灵活性，此外，可以显著降低设备的机械冲击，延长产品使用寿命。变频技术的应用能够降低机电设备器件的磨损程度，减少了泵的空转时间以及频繁起停过程中的能耗浪费，还能可靠的保证井下液位的恒定，优势是非常明显的。

参考文献

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[4]董恒贤，陈定永.变频技术在孔庄煤矿的应用[J].能源技术与管理.2007（01）.

作者简介：成志强（1975.2-），男，就职于山西省煤炭地质水文勘查研究院生产科，助理工程师。