李磊
陕西华电榆横煤电有限责任公司 陕西 榆林 719000
摘 要：在煤矿开采作业的过程中，煤矿企业为了实现良好的生产效率和效益，对煤矿机电设备的性能要求不断提高，必须要确保相关设备能够可靠运行，而且还应该最大可能地具有节能效果，减少大功率机电设备所造成的电力耗能。所以，就需要对传统上的技术手段进行革新，其中变频控制技术的引入和运用，可以显著提高煤矿机电设备运行的稳定性和技能性，应该大力的推广应用。对于变频控制技术的具体运用，可以用于通风机、提升机和皮带输送机等设备中，都已经取得了显著的应用效果。本文主要论述了变频控制技术在煤矿机电设备中的应用，希望为相关人员提供有价值的参考指导。
关键词：变频控制技术；煤矿；机电设备；应用
引言
近年来，国家发起了节能减排的号召，煤矿企业作为能量消耗型企业，一方面应该引进新的煤矿机电设备，另一方面应该对一些旧的设备进行改造。鉴于更换设备成本较大，很多煤矿对机电设备进行了变频控制技术改造，利用变频控制技术的优势，可以提升设备的性能，并满足节能需要。变频控制技术作为一种成熟的技术，已经在煤矿井下得到了大范围的推广应用，对于很多煤矿机电设备的运行使用效果都进行了优化，在科学技术不断发展和社会变革发展的背景下，煤矿相关人员需要对变频控制技术进行深入学习和熟练掌握，从而为煤矿开采生产提供巨大的技术支持，提高煤矿生产效率。
1 变频控制技术的概述
1.1 变频控制技术的原理
变频控制技术，是基于电力电子器件和微机控制技术发展起来的一种电源频率控制技术，在变频时利用电力电子器件来控制电源的波形，采用微机控制技术控制电源的频率，通常采用的是交-直-交变频控制技术。变频控制技术的电路主要分为四部分，即整流、直流、控制、逆变，这几个部分相互作用、相辅相成。交-直-交变频控制技术可以分为两个过程：将工频交流电转化为直流电，这个过程称为“整流过程”；将直流电转化为所需要的交流电，这个过程称为“逆变过程”[1]。在变频时，输出电源的频率可以通过电路来控制。将变频后的电源接入到电动机，就可以实现对电动机运行的交流无极调速，极大地方便了对机电设备运行状态的控制。
1.2 变频控制技术的优势
与传统上的技术相比，变频控制技术具有两个鲜明的优势，一是提高机电设备运行的平稳性，另一个是促使机电设备实现良好的节能效果。很多煤矿机电设备都是大功率的，在运行过程中会进入电网中的大量谐波，这可能会造成振动强烈、发热等异常情况，但通过变频控制技术，交流电源的波形会变得更加标准，提高了交流电机运行的平稳性，并且通过对电机的无极调速，由于交流电机转速与电源频率之间的线性关系，这样可以让设备在启停时的振动变小[2]。另外，关于变频控制技术节能方面的优势，当电机的转速由N 1 变化到N 2 时，电机输送功率 P 2 /P 1=(N 2 /N 1 ) 3。也就是说，当电机的转速降低10% 时，功率降低了27%。在很多情况下，煤矿机电设备并不能达到满负荷状态，例如皮带输送机等，变频调速技术在使用过程中，能够按照机电设备的工作量对速度进行调整，当机电设备负荷低时，降低电机的转速，可以节省大量电能，经过统计可以节能 30%-80%，这可为煤矿企业创造可观的经济效益。
2 变频控制技术在煤矿机电设备中的具体应用
2.1在通风机中的应用
通风机是矿井通风的主要动力，对煤矿的安全开采十分重要。过去，矿井通风机通常以恒定的功率运行，风量调节主要靠调整风机叶片的安装角来实现，十分烦琐。
矿井通风机的工况点与通风阻力有很大的关系，若矿井通风阻力变化，而风量不变，则通风机可能处于低效率工况点运行。众所周知，通风机消耗的电能，有时会占到矿井总消耗电能的 50% 以上，导致机电设备处于低效率工况点运行时，大量的电能被白白浪费，降低了煤矿的经济效益。为此，很多煤矿对矿井通风机进行了变频控制技术改造，根据矿井通风阻力的变化来自动调节风量，这极大地改善了通风机的运行状态，使通风机始终处于一个高效的工况点[3]。虽然在进行变频控制技术改造时需要投入大量的资金，但是一两年内就可以收回成本。经过统计，采用变频控制技术后，矿井通风机将节能 30% 以上，节省一定的运行成本。另外，通风机的运行更加平稳，这有助于延长使用寿命，降低维护及检修成本。
2.2在矿井提升机中的应用
在煤矿机电设备中，矿井提升机也是一个非常重要设备，对于煤矿生产作业具有极其重要的作用，由于这一设备需要多方面比较复杂的运行条件，要想使其在繁重且恶劣的环境进行生产作业，那就必须要确保矿井提升的质量和性能具有更高水平，否则一旦发生设备故障，必然就会严重影响煤矿生产正常有序进行。在实际煤矿生产作业的过程中，通常需要一直对矿井提升机进行反复操作和重启，需要结合实际生产情况，完成很多种类的调速任务，所以这都可能会导致设备在运行的过程中发生各种故障问题，这对煤矿正常生产作业是非常不利的，并且还有可能发生安全事故，造成更大的危害和损失。通过变频技术的引入和应用，则会使得这一问题迎刃而解。通过在矿井提升机中应用变频技术，可以使矿井提升机在内部软件的辅助下，更高效率、高质量地进行作业，同时还能够大大节约电能消耗，从而避免了因设备反复操作和重启而引起的故障[4]。并且，近年来人们又研发出了一种风光提升机变频器，其是专门应用于矿井提升机当中的变频器，具有更高的兼容性，可以进一步强化矿井提升机的性能，使其的优势更充分地发挥出来。未来，风光提升机变频器将会在矿井提升机中得到更广泛的应用。
2.3在皮带输送机中的应用
皮带输送机是煤矿井下重要的煤炭运输设备，保证其运行的可靠性对于工作面的正常回采十分重要。过去，皮带输送机总是以恒定的功率运行，而皮带输送机的装煤量不是固定的。此外，煤矿工作面并不总是处于生产状态，在换班的一段时间内煤矿皮带机还可能处于空载状态，导致其运行过程中有很多功率被浪费。电网中存在谐波，导致皮带输送机的运行速度不稳定，容易出现断带、打滑事故。鉴于这种情况，很多煤矿对皮带输送机进行了变频控制技术改造。采用变频控制技术后，皮带输送机运行时可以根据装煤量实时调节运行速度，运行更加平稳和节能，断带、打滑以及跑偏的情况大幅度减少，这有助于延长皮带输送机的使用寿命，降低皮带输送机的维修维护成本[5]。
结语
总而言之，在煤矿生产中，提升机电设备的可靠性和节能性十分重要，为此很多煤矿对机电设备进行了相应的改造。通过分析变频控制技术在通风机、提升机和皮带输送机中的应用，可以发现，在采用变频控制技术后，机电设备的运行速度具有较强的可调控性，操作相对简单，设备工作效率得以提升。更为重要的是，还可以延长机电设备的使用寿命，所以从长远来看，有助于降低设备更换的成本，促使煤矿企业增加经济效益，实现更好的发展壮大。
参考文献：
[1]徐国祥，殷涛.变频控制技术在煤矿机电设备中的应用[J].中国设备工程，2020(16)：182-183.
[2]施红星.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用分析[J].科技经济导刊，2020，28(21)：64.
[3]崔瑾.变频控制技术在煤矿机电设备中的应用[J].陕西煤炭，2020，39(3)：187-189.
[4]段丽芬.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用分析[J].中国设备工程，2020(6)：243-244.
[5]胡国梁.煤矿机电设备中变频技术的应用研究[J].南方农机，2018，49(18)：123.