引言

煤礦生產(chǎn)中的很多環(huán)節(jié)都消耗了非常多的電能，例如提升運輸、井下通風、排風等環(huán)節(jié)。在這種情況下，變頻器的應用為煤礦生產(chǎn)節(jié)能帶來了福音，不僅提高了煤礦生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，也更好地節(jié)約了電能，起到了節(jié)能減排的重要作用。那么變頻器的運行原理是什么？在實際煤礦生產(chǎn)中又是如何利用變頻器進行節(jié)能的？在設計中又應采取何種措施來提升變頻器的節(jié)能效果呢？下面讓我們共同來探討。

1、變頻器及其工作原理

圖1變頻器的運行原理

變頻器主要應用的是變頻技術(shù)和微電子技術(shù)。變頻器的基本工作原理是通過對電流頻率的改變來控制交流電動機的電力控制設備。除了運行交流電機械設備之外，變頻器還能夠通過對電壓和電源頻率的改變來達到節(jié)能、速度調(diào)節(jié)的作用，有效降低了機械設備的能源消耗，為煤礦機電設備帶來了更大的經(jīng)濟效益。除了能夠節(jié)能之外，變頻器還能夠提供很多的保護功能，例如對于一些機電設備的過壓、過載、過流等情況提供保護等。

2、變頻器在煤礦機電設備中的應用

2.1在帶式輸送機中的應用

現(xiàn)階段，變頻器在煤礦機電設備中的使用主要體現(xiàn)在帶式輸送機上，其主要運行原理是通過皮帶的物理特性———彈性來實現(xiàn)的。當皮帶處于靜止或者運行的過程中，期間皮帶蘊含了大量的能量，如果不在啟動時增加一些軟起動的裝置，就會使皮帶中的能量很快釋放出去，如果產(chǎn)生過大的張力很容易使皮帶被扯斷。由于變頻器的出現(xiàn)，這種現(xiàn)象得到了很大的緩解，并且通過其對帶式輸送機的改良，為企業(yè)帶來了很多的經(jīng)濟效益和社會效益。主要表現(xiàn)在如下幾個方面：

a)變頻器為帶式輸送機添加了軟起動的模式，使得帶式輸送機在驅(qū)動的過程中緩慢啟動，使皮帶的張力不是一瞬間增加的，而是緩慢增加的，而皮帶中的能量也在軟起動中緩慢釋放，有效防止了皮帶在啟動過程中斷裂的情況；

b)變頻器的使用也使皮帶輸送機實現(xiàn)了多電機驅(qū)動時的功率平衡。在使用變頻器進行驅(qū)動時，通常情況下采用的是1臺電機1個控制裝置的方法，當多臺電機同時使用時，能夠更好地實現(xiàn)了主控制和從控制，也同樣實現(xiàn)了功率的平衡；

c)變頻器在皮帶輸送機中的使用能夠起到降低皮帶帶強的作用，它有效地使皮帶輸送機的時間延長，降低了對皮帶帶強的要求，因此也間接地降低了對煤礦機電設備的造價投入；

d)變頻器在皮帶輸送機中的應用，能夠更高效地提高機電設備的使用壽命，使設備的維護量和維護費用得到降低，并且皮帶輸送機在使用過程中對機械設備、零部件等都沒有力的沖擊作用，也大大降低了對皮帶輸送機的維修次數(shù)和維修工程量。

2.2變頻器在礦井提升設備中的應用

提升設備的主要功能是沿礦井井筒運出礦石、煤、廢石或矸石，以及升降人員、設備和器材等，因此在使用過程中產(chǎn)生了很大的電能消耗，通過變頻器的使用有效提高了電能的使用效率。礦井提升設備在整個煤礦生產(chǎn)中占有很重要的地位，其安全性和質(zhì)量一直是保障煤礦生產(chǎn)安全，防止煤礦坍塌事故的關鍵。因此，在新礦井的設計和舊礦井的改造中，都將礦機提升電氣設備放在首要的位置，經(jīng)過多方面比較并根據(jù)礦井的具體情況，來選擇適合煤礦生產(chǎn)的機械設備。采用變頻器后，礦井提升設備的使用優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：a)變頻器的應用使得礦井提升設備的控制精度增高，由于變頻器采用的都是磁通矢量控制，使交流電機的調(diào)速性能與直流電機幾乎相等，控制精度非常高；b)采用變頻機使得礦井提升設備的工作可靠性得到提高。變頻器采用的是電氣元件，與其它相比壽命較長。并且具備完善的保護功能，當其應用到礦井提升設備時，使得其工作的可靠性非常高；c)變頻器的使用也使得礦井提升設備的維護工作量降低，不僅提高了設備使用的效率，也大大降低了工作人員對其的養(yǎng)護和維修，降低了工作人員的工作強度；d)變頻器的使用使得其調(diào)速范圍寬廣，屬于無級調(diào)速，低速時穩(wěn)定性好。

3、變頻器在煤礦設備中的節(jié)能體現(xiàn)

3.1變頻器在皮帶輸送機中的節(jié)能體現(xiàn)

采用變頻器后，皮帶輸送機的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)效率2個方面：

a)變頻器的使用能夠提高系統(tǒng)功率因數(shù)。在一般情況下，煤礦設備在設計時放的裕量比較大，在工作時絕大多數(shù)都無法滿載運行，機電設備經(jīng)常在滿電壓和滿速度的情況下負載很小，有時還出現(xiàn)空載運行的現(xiàn)象，使得機械設備的使用效率過低，空載或輕載運行給整個皮帶輸送設備造成了很多不必要的電能損失。當變頻機使用在皮帶輸送機后，基本上在皮帶輸送機的運行過程中，功率因素都達到了0.9kW以上，使得運行的效率大大提升，使輕載、空載的現(xiàn)象基本消失；b)變頻器的使用能夠提高系統(tǒng)效率。當變頻器得到使用后，電機與減速器之間直接相接，減少了液力偶合器的使用。由于液力偶合器本身使用的是液體來進行轉(zhuǎn)動的，使用效率相對較低，因此變頻器的使用使整個皮帶輸送系統(tǒng)的效率提升了5%～10%。

此外，礦井一般都遠離變電站，不同時段的電壓變動比較大，變頻器本身具備穩(wěn)定電壓的功能，也間接發(fā)揮了節(jié)能的作用。

由此可見，采用變頻器對傳統(tǒng)的皮帶輸送機進行改造，不管是在煤礦機械設備的技術(shù)提升上還是在經(jīng)濟效益上帶來的益處都是很大的，隨著時代的發(fā)展，變頻器也將更加廣泛地應用于皮帶輸送設備中。

3.2變頻器在礦井提升設備中的節(jié)能體現(xiàn)

由于變頻器的調(diào)速方式主要為轉(zhuǎn)差功率不變型，在調(diào)速過程中的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在如下2個方面。

3.2.1提升過程中的節(jié)能

當?shù)V井絞車處于提升的狀態(tài)時，電機處于電動的工作狀態(tài)，由于絞車屬于恒轉(zhuǎn)矩負載，變頻器通過對其轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)實現(xiàn)了節(jié)能，當轉(zhuǎn)速降低時就能夠?qū)崿F(xiàn)相對應程度的節(jié)能效果。

3.2.2下降過程中的節(jié)能

當?shù)V井絞車處于下降的狀態(tài)時，電機是處于發(fā)電狀態(tài)的，是一個將勢能轉(zhuǎn)化為電能的過程。當使用能量回饋型的變頻器時，變頻器就會將轉(zhuǎn)化成的電能返回到電網(wǎng)中，實現(xiàn)了能量的節(jié)約。

4、結(jié)語

變頻器在煤礦機械設備中的應用不僅體現(xiàn)在皮帶輸送機和礦井提升設備上，也同樣運用于水泵、風機。絞車等煤礦設備中?，F(xiàn)階段，中國在這些煤礦設備中對變頻器的使用還不夠廣泛，變頻器在其中具有巨大的發(fā)展前景，其通過高效地將電能進行不同形式的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對電能的控制，對于煤礦生產(chǎn)有著重要的意義。隨著時代的發(fā)展，相信會有更多的變頻技術(shù)得到開發(fā)和應用，變頻器將會得到更加廣泛的應用。