【摘 要】变频控制技术为现在的社会节约电能以及减少污染做出了很大贡献，在我国的煤炭行业中发挥了很大的作用并得到了广泛的应用。变频控制技术凭借其优越的调节性能，在煤矿的地面和井下的提升、风、采矿、运输、选择等各种机电设备控制系统中得到广泛的应用。本文阐述了变频控制技术在煤矿机电设备中的实践应用。
【关键词】变频控制；机电设备；煤矿应用
1.变频技术内容及发展概况
变频控制技术，顾名思义，指的就是将一种频率电源经过复杂的步骤转换为另一种频率的电源的过程。具体来说，这种技术结合电子技术与微机技术实现了强弱电转换。交流电源转化为直流电源以及直流电源转化为交流电源的过程中首先完成了电压的转变，期间利用整流桥实现电压转化。其次，利用逆变器实现频率的转化。电压可调的交流电压作为交流电机的驱动电源，使电动机获得无级调速所需的电压和电流，是一种无附加转差损耗的高效调速方式之一。变频技术因其具有的多方面优势特点故在产生发展之初就获得了市场的好评，发展之迅速有目共睹，当然这与我国对变频技术的强大需求有着很大的联系。新时期，我国变频技术得到了长足的发展，在功率器件、控制理论、调速系统、整体功能等方面都实现了不断更新，如现今功率器件采用了智能功率模块，整体功能的综合性越来越高，变频技术控制理论也慢慢朝着自动化、人工神经网络化控制的方向发展。
2.变频控制技术在煤矿机电设备的应用
2.1变频技术在采煤机中的应用
采煤机作为煤矿井下的主要综采设备，常工作在比较恶劣的环境当中。其所处环境一般粉尘较大，空气相对湿度较高，操作空间较小，所以对采煤机控制系统工作的安全性、可靠性、维护简便性要求较高。将变频技术应用于采煤机上，不仅能克服上述问题，还具有过负荷、过电流、过电压、过热、过频、欠压、失速、漏电、熔断丝切断、控制电源异常、CPU控制电路异常等保护功能。
2.2变频控制技术在通风机中的应用
变频控制技术解决了通风机无法随机变频的麻烦，大大降低了通风机的工作强度，一方面使得煤矿设备使用寿命延长减少了设备故障维修的现象，另一方面减少了对电网设备的冲击，使通风机的运转正常化。通风机作为矿井操作中的“呼吸系统”，再加上强有力的变频控制技术的操控对于电力节省、技术创新、操作步骤等方面带来了很多方便之处。对某一矿井主通风机（型号为BDK40-6-No17轴流式对旋风机）实施变频技术改造，改造前由于电机不能调速，电机全速运行，此时如通风机提供的总风量为2970m3/min，电机的输入功率约为154kW。经测算，现在矿井所需风量为2100m3/min即可。若用风门调节，即把风量恰好调为2100m3/min时，从理论上分析，若风门节能为15%，电机实际的输入功率仍达131kW。那么，每年风机消耗的电费为：131kW×24h×365d×0.5元=573780元。为了满足矿井安全生产所需风量，又能随生产节奏的变化及时调节风量，达到节能的目的，选用200kW的变频调速器对电机进行调速，以满足生产和节能的双重要求。经测风员现场测试，当变频器输出频率为39Hz，输入电压400V，输入电流110A时，风机的风量达到2100m3/min。此时电动机输入功率约为75kW。改造后发现，风机的风量和风压都能够满足矿井的需要，加入变频器后电机的输入功率明显下降，每年风机所消耗的电费为：75kW×24h×365d×0.5元=328500元。用变频调速器调节风量比用风门调节风量每年可节省的电费为245280元，即节约了245280/573780=43%的电能。
2.3变频技术在皮带机中的应用
皮带机是采煤业常用的运输器械设备之一，类似于提升机的作用，但相比之下，皮带机具有更大的运作功率。我国传统启动皮带机的方式采用液力耦合器来实现。这种方法电机启动电流很大，尽管采用了转子串接电阻改善启动转矩和降压空载启动等方法也无法改变启动电流过大的情况。这样就容易导致两种情况，首先是对电压电网的损伤，过大的电流造成了强大冲击，电压电网由此波动强烈；其次，过大的电流还会造成机械设备内部冲击过大以及严重产热的现象，这对机械本身使用寿命以及使用便捷度都将产生一种负面效果。经过变频技术整合后的皮带机则有效避免了上述弊病，皮带机运作各项机能变得稳定、可靠，在功率节省方面也有着可喜的成果。
2.4变频控制技术在提升机设备中的应用
提升机是采煤业常用的运输器械设备之一，类似于皮带机的作用。我国对于提升机传统的调速方式是采用在电动机转子电路内接入金属电阻，用鼓形控制器或接触器切除电阻来达到调速的目的。传统的提升机使用出现了一些问题，主要就是能耗、控制力、安全性能以及维修几个方面的缺陷。电阻调速精度差、电力能源大量消耗、机械设备易损坏、维修困难、安全系数过低等现象对我国人民的生命财产都产生了很大威胁，因此采用现代变频控制技术的提升机初衷便是有效解决这些问题。
2.5变频技术在水泵中的应用
某煤矿对水泵进行变频节能改造，改造后水泵功率由260kW降为196kW，电流由400A降为318A，频率由50Hz降为40Hz，功率因素由0.908变为0.933。采用变频调速技术后，提高了电机的功率因数，减少了无功功率消耗，月平均节约电能45934kW·h，月平均节电率为25%，节能效果非常显著。并且在采用变频调速技术后，水泵电机定子电流下降了20%，电机水泵的转速普遍下降，电机水泵运行状况明显改善，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费用。变频器启动和调速平稳减少了对电网的冲击。水泵出口阀全开，消除了因阀门节流而产生的噪音，改善了工人的工作环境；消除了阀门调节故障给生产带来的影响，具有显著的社会效益。
2.6变频控制技术在井下绞车电控制系统中的应用
在电控系统和保护系统中采用变频调速技术，其中有一些具体细节，输入电源660V，频率大小为50Hz，输出功率可在0～50之间调节，电压变动范围必须保持在负15%到正10%，频率变动的范围保持在负2.5%到正2.5%，过载能力要强，在负载变化负120%到正120%额定负载中符合四象限运行要求。变频技术在井下绞车电控系统中的应用具有重大的作用，至此电控系统控制下的各种仪器工作正常，数据显示也更加直观可见，大大降低了相关技术工作人员的工作任务。其次，加上其占地面积较小以及方便使用的特征受到了各个行业的广泛亲睐。
3.结语
综上所述，变频调速技术不仅能使风机、泵类机械根据要求流量调节转速，节约大量的电能，还可根据负载调节并降低转速，以减小机械和风的噪声。对于输送机可实现平滑加速、减速，产生性能优良的软起动效果，特别是重负载起动时，可提升输出转矩，产生普通软起动器所达不到的效果，由于采用了对设备不产生冲击的起动、停止和空载时低速或高速运行，可增加设备的使用寿命。另外，变频调速技术对生产自动化、提高产品质量、提高生产率及产品合格率有明显的效果。因此，煤矿井下的风机、水泵、提升机、运输机、采煤机、绞车、压缩机等机械的负载都比较适合变频调速控制。
【参考文献】
[1]王川.煤矿机电设备常见故障分析及其处理探讨[J].科技资讯，2011，（15）：23-25.
