變頻技術在現代煤礦機電工程中的應用探微

張森堯++王維平

摘 要：隨著我國社會經濟的不斷發展，計算機與電子技術也在飛速發展，這就使得變頻技術在煤炭行業有了用武之地，尤其是在煤礦中針對機電設備的升級改造過程中。通過將變頻技術應用到機電設備中，可以使其更加安全高效，產生巨大的社會效益與經濟效益。

關鍵詞：煤礦；機電設備；變頻技術；采煤機

中圖分類號：TK223.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）24-0140-02

1 變頻技術簡介

變頻是需要改變電流的頻率，實現這一技術的主要裝置為變頻器。變頻器的結構一般較為復雜，包括了主板、電機電容、電源板等部件，通過部件之間的共同作用完成改變電流頻率的主要功能。在傳統機電設備中，電流的頻率是固定不變的，所以在運行過程中，設備內部部件的轉速也是不變的。但是在實際工程中，經常需要某一機電設備在不同情況下以不同的轉速、功率等運行，這樣不能變頻的現狀就對機電設備造成極大損耗，并且浪費了大量電能。在傳統機電設備中，電流的頻率是固定不變的，所以在運行過程中，設備內部部件的轉速也是不變的，而變頻技術可以改變這一狀況，并且在煤礦機電設備中已經取得了眾多成績：使得機電設備更加智能化與科學化，對矢量與轉矩進行控制，對機電設備進行自由控制。

2 變頻技術的主要作用及原理

2.1 作用

（1）調速。例如在某些礦用運輸設備中，傳統調速采用的是轉子串電阻，這種方法不但調速范圍較窄，而且準確率較低。當采用變頻技術后，可以使其更加安全地運行，不但提高了使用性能，更可以減少損耗，延長使用壽命。（2）節能。例如在風機或者空壓機中，傳統方式是通過采用調節氣門的開度來實現不同輸出的方式，這種方式浪費了大量能源，大幅降低了整體經濟效益。如果采用的是變頻技術，此種情況就完全可以避免。

2.2 變頻節能技術的基本原理

通常情況下，變頻節能技術就是借助一定的手段把交流電向直流電進行轉換，然后向相應交流電的頻率對其進行調整。具體步驟為：首先在整流器的作用下，使輸入交流電流逐漸轉化為直流電，并進一步把直流電轉化為頻率可控的交流電，最終向電動機輸出。實際上，變頻器一般是由逆變器、整流器以及控制電路構成，其中的逆變器可以完成直流電向交流電的轉變，整流器能夠實現對交流電的有效調整，并使其順利的轉化為直流電。控制電路則需要在運行指令的控制下，實現對逆變器與整流器的有效控制，從而實現電流頻率的改變。

2.3 變頻節能技術應用意義

就煤炭企業而言，礦井各個生產系統中機電設備的用電占到企業用電量的70%-90%，變頻節能技術能夠通過控制供給機電設備的交流電電壓（變頻器輸出頻率與輸出電壓成正比）而控制其耗電量，使煤礦機電設備的實際負荷能夠與實際耗電量相符，不會出現空載與帶負荷情況下同等耗電量的現象，這就大大的節省了電能，明顯的節能效果和優越的調節性能使變頻節能技術在我國礦山中的應用越來越廣泛。

3 變頻技術在礦井中的具體應用

變頻器可以應用到多種設備中，包括風機、水泵、空調、機床、壓縮機、磨床等等。它不但可以進行調速，還可以優化設備的運行，具有維護簡單、性能優異等特點。在礦井中，變頻器針對其中的風機、空壓機、采煤機、膠帶運輸機與水泵等典型設備的作用。

3.1 在風機中的應用

在礦井開發的不同時期，針對礦井的通風設計是不同的。例如在開發中期，如果通過更換風機的方式來改善礦井的通風問題，不但手續繁瑣，而且容易引起設備故障。更換下來的風機還會閑置，會降低設備的利用率，造成資源浪費。如果將變頻技術應用到風機中，以上現象將完全消除，不但可以完全滿足礦井在不同開發時期的通風要求，而且操作起來非常方便，減少了風機設備的空置率，提高了風機的性能，節能效果也非常明顯。

3.2 在空壓機中的應用

（1）空壓機的啟動。在傳統的空壓機啟動過程中，不管是直接啟動還是依靠轉子串電阻啟動，都將在啟動瞬間產生極大的電流，對空壓機產生較大損害，降低了設備的使用率，若將變頻技術應用到空壓機中時，就可以避免這種大電流的啟動方式，減少對機電設備的傷害。（2）壓風系統的控制。在空壓機壓風系統中，傳統方式是采用開環控制，并利用調節器調節，在此過程中空壓機中的相關設備會不斷被重啟，從而改變風力。如果將變頻器應用到空壓機設備中，不論是采用壓力閉環控制還是采用手動調節方式，都可以對提高其利用率，減少維修量，不但可以降低能耗，還可以使得空壓機始終處于最優工作狀態。

3.3 在采煤機中的應用

采煤機是煤礦中最重要的設備之一，其現代化程度也就代表了煤礦的現代化程度，但是由其組成的系統非常復雜，所處的工作環境也非常惡劣。一旦發生故障，將造成整個采煤工作的停滯，造成巨大損失。隨著對采煤機的不斷開發與改進，在增加其功能的同時，也造成了其系統的復雜性，使維修難度大幅增加。如果將變頻技術應用到采煤機中，就可以組成變頻調速系統，并從“一拖二”方式發展成為“一拖一”方式，提高了采煤技術，并推廣能量回饋型四象限變頻器。此變頻器的使用，減少了設備損壞，降低了整體設備維修量，延長了設備的使用壽命，使得整個采煤系統操作起來簡單、方便，調速工作更加安全、可靠。

3.4 在提升機中變頻技術的應用

礦井提升機啟動與操作的頻率很高，并且在速度改變上有著較高的要求，在實際生產市場因為故障導致煤礦開采受到影響，為此，變頻調節技術的應用對于提升機而言也有著十分重要的意義。通過變速調節技術，可以使提升機的工作性能得到明顯的提升。首先，其可以使提升機的加減速更加穩定，從而提高了整個系統的穩定性和安全性；其次，設備故障率降低，維修工作也相對輕松；此外，通過采用變頻調節氣，還能夠對提升機能耗進行有效的控制，但是電阻通電產生的熱能很高，顯然這會增加能源消耗，造成不必要的浪費，而在變頻器的作用下，這部分熱能能夠得到有效控制，并且在提升機下放速度減速時的過程中，電動機回將這部分電能向電網快速并入，如此能源利用率就得到提升。endprint

3.5 在膠帶運輸機中變頻節能技術的應用

煤礦膠帶運輸機一般具有重負載、大慣量的特點。以往電機啟動采用的軟啟動器在控制煤量時需要對電動機進行多次啟動，這就增加了電機設備損壞的概率。通過引進變頻技術，不管煤炭量變化與否，變頻器都可以使電機啟閉次數得以減少，并且其操作更加簡單，可以增加膠帶的使用壽命；其次，液力耦合器是各皮帶傳送機軟啟動采用的裝置，這會導致電機控制失靈，進而損壞設備，通過引進變頻調節技術，就可以有效解決這一問題；此外，在變頻器的幫助之下，由于啟動電流過大而造成的電網閘頂事故就可以得到有效預防，對于工作人員的安全起到了十分關鍵的作用。

4 變頻技術發展方向與應用前景

4.1 主要發展方向

隨著變頻技術的不斷發展與成熟，人們逐漸意識了到它的價值與優勢，并開始積極主動地采用，在下一步發展過程中，其主要發展方向為：交流變頻技術向直流變頻技術轉化，由脈寬調制向脈幅調制控制技術改變，高集成智能功率模塊功率器件的發展。

4.2 應用前景

作為產煤大國，在煤炭業現代化過程中，煤礦機電設備的現代化尤其重要。在其開發改進過程中，必須注意其節能、高效的推廣與應用，而變頻技術正是關注的要點。通過在傳統機電設備中應用變頻技術，能夠對設備的高發熱、高耗能、調速不準、設備損耗高等問題起到良好的解決效果，減少各關鍵設備的安全隱患。

5 結語

變頻技術在現代煤礦產業中的應用前景廣闊，隨著我國節能減排政策的不斷深入，在煤礦機電設備中推廣變頻技術顯得尤為重要，它可以保證煤礦的安全生產，完成對設備的精準控制，降低總體資金投入，提高煤礦生產的科學與安全性，具有非常廣闊的前景。

參考文獻

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