浅谈煤矿机电设备中变频技术的应用

摘要：随着煤矿生产行业对机械用电节能要求的不断增大，变频技术在煤矿机电设备中的应用也越来越广泛。文章首先简要介绍了变频技术的原理、发展及其在煤矿生产中的重要性，然后详细阐述了变频技术在不同煤矿设备中的应用，为变频技术在煤矿行业的进一步发展提供了理论基础。

关键词：变频技术；煤矿机电设备；智能控制模块；提升机；皮带机；通风机；采煤机

中图分类号：F426 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）27-0051-03

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，而这大量的能耗中，大部分是由于通风控制、提升运输、排水等机电设备所消耗的。因此，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。

1 煤矿机电设备中变频技术概述

1.1 变频技术原理

在煤矿机电设备的动力设计过程中，机器设备在正常使用过程中并没有必要在满载负荷的情况下进行长时间工作，为使设备既能满足工作动力要求又不造成能源浪费，很有必要在设备使用过程中融入变频技术，避免设备产生多余的力矩。变频技术包括了点击传动技术、电力电子技术以及计算机技术，是一门结合强弱电与机械设备的综合技术。变频技术的基本原理就是通过半导体元件将工频电流信号转换为其他频率，再将转换的工频交流电进一步转换为直流电，依靠逆变器对电压和电流进行控制调节，使机电设备能够达到无级调速。更进一步地讲，煤矿机电设备中的变频技术就是利用电机转速与电流频率之间的同比增长关系，通过改变电流频率来控制电机转速，实现对机电设备的有效合理控制。通过变频技术能够实现对电机的平稳、自动加减速控制，提高电机的工作效率并减小能源消耗。变频器的电路通常分为四个部分，包括整流、直流、逆变和控制部分，各个部分相辅相成，共同控制着电机的工作，共同实现对设备转速的自动、节能、高效控制。

1.2 变频技术在煤矿生产中的重要性

随着全国各地煤矿资源的不断开采，可利用的煤矿资源越来越少，各个煤矿开采企业之间的竞争也越来越激烈，煤炭企业作为用电大户，能否有效提高机械设备的节能效率、减少污染排放在很大程度上决定着企业的综合竞争力。在煤矿机械电设备中融入变频技术是节能减排、提高企业竞争力、保护环境、保证企业长期稳定发展的一个重要举措。在当前煤矿开采作业中，机械设备的用电量占用电总量的70%以上，因此变频技术具有很大的节能潜力，是煤矿开采企业节能减排的关键，在煤矿生产中具有十分重要的意义。变频技术在得到重视后也凭借其良好的可控性和节能性迅速地进入到煤矿生产市场中，但是在进行变频器的选择时需要考虑多方面因素，综合考察其实用性、可控性、安全性、可靠性及简易性，选取合理高效的变频设备。

1.3 变频技术的发展

随着科技的不断进步和电子信息技术的飞速发展，变频技术不管是在理论还是实际应用方面都获得了长足的进展，并取得了十分可观的成绩。其智能控制模块的发明、控制方式的改进、可实现功能的拓展以及综合化水平的提高都有效地促进了变频技术在各个领域的发展。随着变频技术在节能领域的优异效果，越来越多的生产行业开始尝试使用变频技术来控制生产机械设备的运转，变频技术的应用也越来越广泛。依靠自动化控制和网络技术，变频技术的集成化程度也越来越高，不仅能够在机械设备上实现基本的调速功能，还能通过计算机设备实现其通信、识别、编程功能。

2 变频技术在煤矿机电设备中的应用

在煤矿生产领域，变频技术的应用已经越来越广泛、越来越普遍，变频技术不仅能够减少能源消耗，保护环境，而且能够使得操作更加简单、灵活、智能，能够通过计算机技术实现设备的远程控制和智能控制。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 变频技术在采煤机中的应用

采煤机与提升机一样，都具有启停频繁、变速复杂的特点，在引入变频器时就应该考虑进行四象限工作。采用四象限工作形式能够对采煤机进行较大范围的控制和调节，确保采煤机的牵引速度能够保持在一个较为稳定的水平，避免机器出现溜车、下滑等现象。此外，引入变频技术后采煤机的操作也相对简单，控制更加精确。

3 结语

将变频技术应用到煤矿机电设备具有较好的前景，已经在我国煤矿生产行业实现了小规模应用，还有很长的路要走。在煤矿开采过程中，作业机械工种较多，对调速、启停过程的要求也各不相同，要想变频技术能够广泛应用在煤矿开采过程中就必须不断更新变频技术的多功能化，实现变频技术在煤矿生产行业的广泛应用。

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）：23-24.

[2] 童小华，王高海.浅析矿山机电设备变频控制技术[J].科教纵横，2012，（5）：268-269.

作者简介：王端焕（1970-），男，山东济宁人，山东鲁泰煤业有限公司鹿洼煤矿工程师，研究方向：高科技在煤矿机电的应用。

（责任编辑：周 琼）

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