谈煤矿机电设备中变频技术的应用
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【摘要】近年来，随着自动化控制、电子技术、信息技术以及计算机技术的不断进步，煤矿机电设备技术化水平越来越高。煤矿企业由于主要依靠机械化生产作业，因此能耗成本已经成为煤矿企业生产的主要成本，在煤矿企业生产过程中，借助于交流电机变频调速技术实现机电设备能耗的降低，已经成为煤矿企业减小生产成本、提高企业经济效益的重要手段。
【关键词】煤矿机电设备；变频技术；节能效果
据统计，煤矿主要生产系统的用电量占矿井企业用电量的70%～90%，特别是矿井提升机、胶带输送机、主要通风机、主要排水泵等大功率用电设备在启动、加速、减速、制动等过程中负荷变化很大，使电网产生电压波动，影响电网的安全运行。同时，产生的机械冲击，增加了设备的损伤，降低了使用寿命。随着我国煤炭工业的飞速发展，变频技术以其优越的调速性能和显著的节能效果，有效提高了煤矿机电设备的自动化控制程度和运行效率，在煤矿生产中得到越来越广泛的应用，成为煤矿企业节能降耗和提升装备水平的有效途径。
我们充分将电子技术、微机技术与电机传动技术结合并应用到变频技术中，交流变频调技术属于一种综合性机电一体和强弱电混合技术。它主要是通过具有通断作用的电力半导体器件使工频电源发生频率变换的一种控制装置，它利用整流桥使工频电流发生交流电压与直流电压的转换、并使交流电机驱动电源在经过逆变器后电压和频率均可调的基本原理，它是一种不具有附加转差损耗的高效率调速方式。这是变频技术得以在能源危机中脱颖而出的主要因素，它实现了电机的自动与平滑的减速、增速，由此达到工作效率的大幅度提高，因而促进了变频技术的理论与技术应用的快速发展。
功率器件也历经了GTR、IGBT交替的历史过程，建立了智能功率模块；同时它也取得了理论控制上的巨大进步，转矩直接控制与矢量控制广泛应用于变频器的实际操作中，我们同时也将人工神经网络与模糊自动化控制等作为变频控制技术的研发方向等多方面的发展，促进了变频控制技术的迅速发展。
二、变频技术在煤矿机电设备中的应用分析
1、变频技术在提升机中的应用。在煤矿开采作业当中，提升机的主要任务就是将矿山的矿料及工作人员安全地输送到指定位置，在煤矿生产中具有十分重要的作用。提升设备具有速度变化复杂、停启频繁等特点，传统的调速设备一般是将金属电阻接入到机械设备的电机电路内部，通过调节电阻大小来调节电机转速，这种传统调速方式难免会带来电阻消耗大、机械易发热的缺点，而且电阻器的调速范围也较小，精度相对不足，在提升装置的下降过程中还需要额外的动力制动电源，增大了电能浪费，对设备和煤矿作业的安全性也带来了威胁。
将变频技术引入到煤矿提升机设备中，能够从根本上解决传统变速装置所带来的弊端，不仅能够使提升装置实现平稳、安全的加速减速及启动停止，还能有效加强提升机设备的安全、使用等各方面性能，增强对电机电路的保护作用。变频技术能够借助计算机技术对提升机进行编程命令的编写，准确控制电机工作系统中各个电路元件之间的逻辑关系，并减少电路中继电器的使用数量，减少电路的建设和维修成本。变频技术的控制精度相对传统调速方法具有很大优势，扩展性能较好，可以通过修改电路编程命令来实现对提升机系统功能的改变。此外，提升机的加减速和启停都是通过电气控制的，提高了设备的安全性，也减少了机械的磨擦和损耗，延长了机器的实际使用寿命。
2、变频技术在皮带机中的应用。在煤矿生产作业中，皮带机相对提升机来说功率较大，其工作原理是通过电机转动牵动皮带运转，从而将皮带上的矿料沿皮带运输到目的地。皮带的运转需通过轮毂与皮带的摩擦力来实现，皮带机的启动电流必须足够大才能使得皮带运转。国内大部分煤矿的皮带机装置是通过液力耦合器来实现皮带机软启动的，启动时电机电流较大，不仅会造成电路电压急剧变化，还会加剧皮带的老化和断裂。另外，耦合器在工作过程中会产生热能，使得机器内部油温升高，加速机械磨耗、老化，并对机器设备的安全性带来不利影响。
将变频技术引入到皮带机中，能够有效地实现皮带机的软启动，增加机器在运行和启停过程中的稳定性。变频技术相对传统耦合器来说能量的利用率也得到了显著提升，在整个工作过程中能源利用率能够达到90%以上，有效减少了能源消耗。变频技术将耦合器替代后，也大大节约了设备的维护和修理费用，具有较好的经济效益。
3、变频技术在通风机中的应用。在煤矿开采作业中，通风机在所有设备中占有十分重要的地位，在井下作业过程中通风系统必须一直运转，运转时间较长，被形象地称为煤矿开采工程的呼吸系统。随着开采深度的不断增大，对风压的要求也越来越大，通风机所需要的功率也会随开挖深度不断变化。此外，通风机与皮带机一样，都存在启动电流较大的问题，对电网设备具有一定的冲击、磨擦和损耗。使用变频技术对风机转速进行控制能够有效减少电能消耗，同时还能够实现电机的软启动，延长风机的使用寿命。
4、变频技术在排水泵中的应用。排水泵担负着全矿井的排水任务，是矿井安全生产的重要设备之一。在矿井建设、生产以及雨季、冬季等不同时期，矿井的涌水量都是不同的，需要经常根据实际涌水量调节矿井的排水量，而矿井主要排水泵的能力则是按照矿井的最大涌水量选型装备的。因此，矿井的主要排水泵长期处在“大马拉小车”现象，造成无谓的电能浪费。对主要排水泵的变频技术改造，重点是根据矿井的实际涌水量，设定电动机的运行频率以改变电动机转速，满足矿井实际涌水量的排水需求，避免“大马拉小车”现象。据统计，主要排水泵在变频技术改造后，节约电能至少在30%以上。
结语：通过对这些主要生产系统机电设备的变频技术改造和推广应用，既改善了设备运行性能，提高了矿井装备水平，增强了矿井安全生产保障能力，又起到了很好的节能降耗效果，为煤矿企业实现安全高效生产提供了有力支撑。
参考文献：
[1]张敏.矿山机电设备变频控制技术研究[J].科技论坛，2012（5）
[2]罗书豪，李小川.我国煤矿机电设备变频节能技术的应用现状[J].中国高新技术企业，2008（17）