吴凡 1王海涛 2李洪夫 3王超4
山东宏阳矿业有限公司 山东 济宁 272406
摘要：随着科学技术的进步，对煤矿机电设备的要求不断提高，不仅要保证机电设备运行的可靠性，还要最大可能地节能。鉴于煤矿机电设备大多为大功率用电设备，节能可以创造显著的经济效益。为了达到这些要求，许多煤矿机电设备采用了变频控制技术。分析了变频控制技术的原理及优势，并介绍了其在煤矿机电设备中的应用情况，可以为认识煤矿变频控制技术提供一定的参考。
关键词：煤矿开采；机电设备；变频控制技术；节能
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更应该行动起来。为了响应国家的号召，煤矿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。本文将从变频控制技术的原理及优势入手展开论述，重点分析变频控制技术在煤矿机电设备中的应用。
1变频节能技术
变频节能技术是无附加转差损耗的高效调速方式之一，技术的基本原理是：在电力半导体器件的通断作用下通过整流桥将工频交流电压变为直流电压，再由逆变器转换为频率、电压可调的交流电压用作交流电机的驱动电源获得无级调速的电压和电流。变频技术是多种技术的综合应用，是由应对能源危机中发展而来。变频调速技术在机电一体、强弱电混合的基础上，按照电机负载而进行自动的平滑增速、减速中改变供电电源频率。交流变频调速技术作为无附加转差损耗的高效调速方式，对于电动机的应用，有效大幅度提高机电设备改造后的工作效率。传统的煤矿机电设备、变频器是不能进行电流频率的改变，变频节能技术实际上是改变电流频率的一种技术，这种技术利用高科技方法将电源频率加以控制，其基本工作原理是在整流器中将工频电流改为直流电流，利用电压频率控制交流电，将直流电源进行转变之后的电流输送的电动机中，电动机本身具有复杂的结构，包括电源板、控制面板、电机电容等。在运行设备时运用变频器之后能够有效实现设备节能使用需求，完成长期恒定的电流运行。煤矿机电设备运行过程中通过技术改造可以改变电动机的转速，拉长设备运行周期，合理降低设备能耗。
2变频技术发展历程
第一阶段，在变频技术应用初期，变频器的主要零件为晶闸管，主要构成元件为半控器件。而随着科技地不断创新发展，半控器件逐渐被全控器件所取代。全控器件的优势在于提升机械设备的运行功率，变频器的功能得到进一步优化。第二阶段，变频技术发展到中期，线路结构发生变化，元器件与线路彼此结合才能组成完整的变频装置，线路结构的创新和优化，能够进一步提升变频装置性能。线路结构之所以能够优化，关键就在于模拟线路技术革新发展为数字电路，这使变频器的线路构成也发生明显的变化，集成电路在变频器中得到广泛的应用，因其具有体积小、应用便捷的特点，进一步提升了电路运行的稳定性。第三阶段，计算机技术在变频器中的广泛应用。进入21世纪后，在变频调速技术领域也有计算机的身影，计算机技术的应用有效优化了原有变频器中存在的缺陷和不足，同时还使变频调速器的功能日趋多元化，变频调速技术应用期间正是依托计算机实现了设备之间的通信、协调和控制等功能。第四阶段，变频器主电路的拓扑结构。当前数字化技术、拓扑结构等在变频调速技术中的应用已经并非新鲜事，变频器得以开发出多电平电路，相关技术的性能得到进一步的优化。
3煤矿机电设备中变频控制技术的应用分析
在煤矿生产中，可以应用变频控制技术的机电设备比较多。下面以矿井通风机、矿井提升机和皮带输送机为例，分析变频控制技术的应用情况。
3.1变频控制技术在通风机中的应用
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。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，可以为矿井节省一定的运行成本。另外，采用变频控制技术后，风机的运行更加平稳，这有助于延长通风机的使用寿命，降低通风机的维护及检修成本。
3.2变频控制技术在矿井提升机中的应用
矿井提升机是一种重要的井上到井下的运输设备，其主要负责人员、材料、设备以及煤炭的运输。在提升机运行过程中，其需要频繁地启停、调速，对控制系统有较高的要求。过去，主要是通过转子串电阻的方法来对提升机进行调速，且调速是分挡位的。虽然这种调速方式操作简单，但是很多电能被白白浪费在电阻上，而且在调速时机械式开关存在失控的危险。此外，在提升机启动或停止时，会产生巨大的冲击力，加速钢丝绳的损坏。为此，很多煤矿对提升机进行了变频控制技术改造。改造后，提升机的启停变得更加平稳，不会对钢丝绳产生较大的冲击。在调速时可以实现无极调速，系统运行更加可靠且更加节能。变频后电源的质量得到了保证，使得提升机和钢丝绳的检修次数大大减少，有助于降低设备运行维护的成本。
3.3变频控制技术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。
4结语
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变频控制技术改造。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，其优势在于使机电设备运行更加平稳和节能。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，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，采用变频控制技术可以延长机电设备的使用寿命，从长远来看，有助于降低设备更换的成本。
参考文献
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作者简介：姓名：吴凡（1986.7）性别：男，民族：汉，籍贯：山东莱芜人，
学历：本科；现有职称：工程师；研究方向：机电运输