摘要：变频技术的应用在煤矿生产领域，已经越来越普遍，越来越广泛。本文对变频技术相关理论进行阐释，指出煤矿机电设备中变频技术的应用建议。
关键词：变频器节能机电设备
随着近些年来自动化技术、电子半导体技术、智能微控制技术的不断发展，煤矿机电设备的技术也得到了很大的提高。煤矿生产企业主要是借助大型煤炭机电设备来进行生产的，它们每天要消耗大量的电能，其中大部分的电能是原动机也就是电动机消耗的。传统的电动机供电属于定频供电，电机的转速变化不能随意调节，因此其运行效率并不高，还会在电动机启停环节给设备带来额外的冲击，降低设备使用的安全性。变频技术的产生很好地解决了这些问题，不仅提高了电动机的使用效率，为国家节省了宝贵的电能，还使设备的运行更加柔性，使设备工作更加平稳，延长了设备的使用寿命，增加了设备在使用过程中的安全性。笔者将在本文中就变频技术在煤矿机电设备的具体应用进行详细讨论，希望对促进该技术的进一步推广可以起到帮助作用。
一、变频技术的使用原理
变频技术主要指通过改变交流电频率的方式，来实现对设备的自动化控制，是现代化无附加转差损耗的调速方式。使用变频技术，可根据机电设备负载变化情况，来设定设备的运行参数，从而改变设备的运行工况，有效提高设备的运行效率。由公式n=50f/p（n为电动机转速，f为频率，p为电机级数）可以看出，转速n与频率f成正比。在电动机级数一定时，只要改变频率，即可改变电动机的转速。当频率在0～50HZ的范围内变化时，电动机转速调节范围就非常宽，变频调速就是基于这一原理，通过改变电动机电源频率来实现调速的。
二、煤矿机电设备中变频技术的应用
2.1皮带机中的应用
将变频技术融入到皮带机中，可以增加设备在启动与运行过程中的稳定性，能够有效实现皮带机的软启动。变频技术的融入，使能量的利用率也得到了明显的提升，能源利用率在整个工作过程中能够达到百分之九十以上，极为有效地降低了能源消耗。藕合器被变频技术替代以后，设备的修理和维护费用也得到了节约，节约了一定的开支，具有相对较好的经济效益。
2.2采煤机中的应用
与提升机一样，采煤机也具有变速复杂、启停频繁的特点，在变频器引人时，我们就应该考虑进行四象限工作。对于采煤机来说采用四象限工作形式能够进行较大范围的调节与控制，为了避免设备出现下滑、溜车等现象，需要保证采煤机的牵引速度能够保持在一个比较稳定的水平。另外，采煤机在融人变频技术后，控制更加精确，操作也更加简单。
2.3在矿井提升机中的应用
目前，国内生产的矿井提升机中，变频技术的应用以PLC控制系统、高压变频调速控制系统为主：1）矿井提升机的电气控制系统已经基本实现PLC控制，强化了其提升全过程的速度控制、位置控制与动态画面监视，绞车系统的保护功能也符合电磁兼容性的基本技术要求。2）在矿井提升机的高压变频调速控制系统设计中，通常采用单元串联多电平的能量回馈型四象限高压变频控制系统，其不但有利于提高低压控制电路与高压主电路之间的通讯能力，而且增强了系统的安全性与抗干扰能力。
2.4在水泵中的应用
在煤矿生产过程中，根据煤矿开采工作的实际需要，水流量需要长期处于变工况的运行状态，而在水泵流量的调节时，一般是通过机械调节阀门的开度实现，但是水泵电机长期处于运行状态，会严重影响水泵运行的经济性。因此，国内普遍采用变频技术进行煤矿水泵的节能改造，在相同的排水量下，水平的电机功率、电流都会明显下降，功率因数则明显提高，并且延长了水泵的使用寿命，减少了水泵的维护量和成本。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.5在煤矿通风机中的应用
通风机在煤矿生产中的作用是不容忽视的，特别是在大中型煤矿中，通风机一般需要全天运转，如果不能采取必要的技术改造措施，有可能造成严重的电能浪费现象。应用变频技术进行煤矿通风机的改造后，通过软启动的方式避免了较大电流的冲击，控制程序的自动化设定则实现了通风机的随时启动与停止。另外，在煤矿通风机中应用变频技术可以降低其工作过程的机械强度与电气冲击，明显延长设备的使用寿命。
三、变频技术在空压机中的应用
当前空压机的使用现状存在以下缺陷：1.启动方式。使用直接启动或者用转子串电阻起动方式起动，设备起动时电流大，对电网和机械设备造成较大的冲击，大大缩短机械设备的寿命。2.压风系统采用开环方式。设备压力系统通过压力调节器来调节空压机的载荷与卸荷。压风系统若采用开环控制方式，供风压力会在上、下限之间波动，不能保证设备恒压供风。这种运行方式将频繁地起动设备和电动机，对电网和机械设备造成巨大的冲击，设备的寿命大为缩短，设备维护量增加。
对其进行变频改造方案：1.选用变频设备启动。2.变频设备有压力闭环控制及开环控制手动调节两种控制方式，有一个开关可以进行选择。工作时，采用压力闭环控制系统，压力变送器即时检测空压机实际给风压力，并将其与给风压力的设定值相比较，然后用差值调节空压机转速，保持空压机的给风压力恒定为设定值。在变频器控制柜的门上设有给风压力设定的电位器及数字显示，操作员可方便地设定给风压力。为了使压力变送器在故障发生时变频系统也可以进行应急工作，变频器也可以利用电位器对电机手动调节转速，在一定范围内调节空压机的给风压力。变频控制柜的柜门上设有变频故障复位按钮，在变频器发生故障时，操作工可方便地对故障进行复位。把空压机原有的监控装置的接点引入变频器控制回路进行联锁，当空压机的压力、温度等参数超过高限值或出现断水信号时，自动停止变频运行。别外，在空压机拖动电机底部设置一个冷却风扇，当电机低速运转时对电机进行冷却，起到很好的效果。
四、变频技术在煤矿运输系统中的应用
煤矿企业胶带输送机是具有高电压、大功率的大型运输设备，是矿井煤炭运输系统中的“咽喉”，所以要求它必须具有运行效率高、寿命长、安全可靠的特点。但由于诸多原因，使用过程中长时间都处于空载或轻载状态，耗电严重。如若使用变频调速技术，可减少电耗，同时也能解决大功率皮带输送机的软启动问题。另外目前许多皮带输送机采用软起动装置绝大部分为液力偶合器，下行运输皮带在启动运行制动过程中会出现电机失控的现象，如果在皮带输送机上安装变频器，即可随时将电机产生的负力转回到电网中，尽量减少发热损耗，同时解决机械系统和电气系统的冲击问题，延长机器的使用寿命，并能高效地节约电能]。
矿井提升机通常是在繁重、复杂的条件下进行工作的设备，因此要求提升机的要求比较高，拖动装置要能满足频繁启动、停止、调速，并且能够重载启动。为了实现矿井提升机平稳加、减速，提高提升机系统的安全性并起到节能的目的，矿井提升机需要采用变频控制，节约调速运行时电阻产生的热损耗，而在矿车下放减速器时，电动机短期发电运转，并将电能反馈给电网。另一方面，使用变频设备内置的软件替代继电器，可实现提升速度的控制，减少设备的事故量，减少维修费用，节能效果显著。
结束语：
总而言之，将变频节能技术应用于煤矿机电设备中，可极大水平降低煤矿生产能耗，进一步提高煤矿生产经济效益。鉴于此，相关人员务必要不断钻研研究、总结经验，清楚认识变频节能技术内涵，全面分析变频节能技术的基本原理，强化变频节能技术在煤矿机电设备中的科学合理应用，积极促进煤矿企业有序健康发展。
参考文献：
[1]董建强.煤矿变频调速与节电技术研究[J].2016.
[2]马修成.基于变频技术的煤矿机电设备应用分析[J].中国新技术新产品，2016，10
[3]李宏晓.变频调速技术在煤矿的应用前景[J].科技信息，2015（19）
论文作者:周会军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/30
标签：煤矿论文; 技术论文; 设备论文; 电动机论文; 机电设备论文; 风压论文; 矿井论文; 《基层建设》2019年第10期论文;