郭雪英
内蒙古吉林郭勒二号露天煤矿有限公司，内蒙古 锡林郭勒 026000
摘要：在矿山设备当中启动、制动、加减速等生产环节造成了对能源的较大浪费，而变频技术的应用很有效地缓解了这一问题，因此具有现实性的意义。基于此，本文主要对变频节能技术在矿山设备中的应用进行分析探讨。
关键词：变频节能技术；矿山设备；应用
引言
就矿山而言，矿山设备生产系统的用电量占到了整个矿山企业用电量的绝大部分，根据具体的调查研究表明，没有使用变频节能技术之前，矿山设备的运转效率只能达到20~50%，这种能效对矿山设备在启动、制动、加速、减速以及维护方面是一个巨大的浪费，因此，为了达到节能的目的，变频节能技术在我国矿山设备中的应用也越来越广泛，其技术水平也越来越成熟。
1 变频节能技术概述
1.1 变频节能技术内涵
变频节能技术是指通过科技手段和高科技设备改变设备当前频率的技术。在这个技术中，变频器负责控制设备的频率，变频器具有复杂的结构，有很多相关的组件，包括电源板、控制面板、电极等。因此，有效收集相关组件可以使电动机总是运行在节电状态。传统机电设备的频率是不能改变的，因此在操作过程中设备的速度是不能控制、改变的，这就使得机电设备处于恒定运行状态，不可以结合实际需要对速度进行调整，严重的影响设备使用时间，增加设备能耗。然而，应用变频节能技术可以促使机电设备更加灵活，能够结合实际生产需要调整设备运行状态，达到节能的目的。
1.2 变频节能技术工作原理
变频器工作原理可以简述为交-直-交，整流器将交流电源转换成直流电源，然后把直流电源再转变为电压、频率，对交流电源进行有效控制，然后输送给发电机。控制、整流、逆变以及直流电共同组成了变频器的电路。其中，整流部分使用的整流器是三相桥式不可控制型的，直流部分主要起到滤波功能，其中直流储能、缓冲是没有功率的；逆变器部分采用IGBT三相桥式逆变器，可调整其输出的脉冲宽度，对变频器的功能有重要影响，也是变频器的核心部分。变频节能技术主要通过变频调速系统调整电机转速，达到节能目的。变速系统中电机转速变化的公式为：n=50f（1-S）/P，其中f为电源频率，P为电机极对的数量，S为滑差。
2 变频节能技术在矿山机电设备中的应用
2.1 变频节能技术在采煤机设备中的运用
采煤机由早期的液压牵引发展到如今的交流电牵引，并且随着电力电子制造技术、变流技术控制技术以及大规模集成电路的飞速发展，目前采用IGBT逆变的变频器可将鼠笼型电机的启动转矩提升到额定转矩的2倍，这种全数字式的通用变频器具有很强的控制能力，即使不用测速反馈，也能使鼠笼型电机具有较硬的机械特性和快速正反转能力。上世纪80年代末期，煤矿井下也开始在采、掘、运等主要设备调速上采用变频器。如采煤机的牵引电机、提升机、绞车、井下用通风机、水泵及带式输送机电机的调速等。牵引拖动有“一拖一”和“一拖二”两种方式，目前，采煤机的变频系统已经由“一拖二”发展到“一拖一”。目前在我国采煤机变频器常用的回馈制动通常指的是回馈电网制动，即将直流母线上的再生电能回馈到交流电网，而要实现直流回路与电源间的双向能量传递，一种最有效的方法就是采用有源逆变技术，即将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动，实现制动的有效方法之一就是将整流桥的不可控器件二极管换为可控的IGBT，当变频器在正常工作的时候，整流器就起到整流的作用，当需要回馈制动时，整流器由触发信号控制进行回馈逆变，将电能反送至电网，起到了逆变的作用。
目前我国很多采煤机都是采用四象限变频器，这种变频器具有结构简单、容易控制、速度可以随机调节的优势。
2.2 变频节能技术在提升机上的应用
结合实际用途，矿井中的提升机主要分为直流拖动提升机及交流拖动提升机，比较而言直流性的拖动提升机在调速性能上优越于交流性能的拖动提升机，在操作使用过程中更容易实现自动化操作，它主要应用于大容量的煤矿。但是该种直流性的提升机由于维护、操作工序也比较复杂，相关制造费用远远高出交流性的拖动机，所以针对这种实际问题，致使直流性的拖动提升机适合用在相对比较合适的环境下，实际煤矿生产中更多的是采用交流性的拖动提升机。结合资料分析，直流性的拖动提升机在煤矿生产中所占不及10%，煤矿相关技术人员都希望能够全面提升交流拖动提升机的使用性能，从而代替直流拖动提升机的应用。但是结合实际发展，电力控制技术并没有获得较大的发展突破，导致矿山提升机大多采用的是设备较为陈旧的转子串电阻的调速功能，并且这种调速设备是能耗相对较高的调速控制，随着科技发展，电力电子技术不断发展，促使变频技术发展越来越成熟，借助变频技术可以较好地实现对交流拖动提升机的调速系统进行研究更新。切实提高其实际应用性，截止到现阶段，中国多数矿业生产公司已经在实际应用中完成了借助变频节能的相关技术在交流拖动提升机上的有效应用；
2.3 变频控制技术在通风机中的应用
随着开挖不断加深，风压井继续增加，风机要求的功率增加。然而，风机功率已成为矿山开发的一个重要问题。矿井通风设备采用变频调速后，可根据巷道的风量要求调整速度，避免功耗，具有非常明显的效果。通过改造逆变器，风机能够进行变频软启动，避免了启动电流造成的不良影响，并且不会影响到设备，也可以随意启动和停止。在大多数情况下，通风机运行速率比较小，所以减小了通风机工作量，延长其使用时间，降低不必要的检修。另外，为保证与电机运行速率一致，一般要确保2台电机频率的一致性，防止风阻，确保通风机安全运行。
2.4 在流体负荷设备中的应用
变频节能技术在流载设备中的应用主要体现在风机和泵的变频调速中。变频调速技术在风机中的应用不断增加，同时也针对铜矿环境设计出专门的变频调速装置。在风机改造后，实际转速比改进前的最小速度降低了很多。电机的实际输出功率是在前导器半关闭时的高1/3风量与风压，更适合于矿井的特点，每年可节省大量的电力。该变频调速在采区供水和液压泵中灵活应用，降低了设备的机械影响，提高了工艺系统控制的灵活性，促进产品质量的增加。可以控制泵的平稳起动和停止，及时加速和减速。它保证了井下液位的恒定水平，减少了泵的空闲时间所带来的大量的能量消耗，同时也减少了机械设备不必要的损耗，从而确保了生产的安全高效运行。
2.5 变频控制技术在电控绞车系统中的应用
在电控或者保护系统中，使用变频控制技术一般需要把电压波动维持在－15%~＋10%范围内，把频率波动维持在±2.5%范围内，输出功率、频率以及输入电压分别为200kW、50Hz、660V，同时具备连续、可调节的特点。在电控绞车系统中使用变频控制技术，可促进系统过载能力的提高，将额定负载控制在－120%~＋120%范围内，可以更好的满足运行条件，对元件过热、欠压等起到良好的保护作用；促进自动转矩低频运转能力的提高，达到额定转矩的目的。
3 结语
目前变频节能技术在我国矿山机电设备中的应用越来越广泛，但是尚未得到全面的普及，变频节能技术在我国矿山机电设备中的应用还有相当大的发展空间。
参考文献：
[1]张继国.浅议变频节能技术在矿山设备中的应用情况和前景[J].山东工业技术，2014(4)：45.
[2]伦杰慧，张立君，孙宏亮.试论煤矿机电设备中变频节能技术的应用[J].黑龙江科技信息，2013(7)：217.