变频技术在煤矿机电设备中的运用分析

刘立新

（湖南省湘潭矿业集团有限公司，湖南 湘潭 411101）

随着我国社会经济的不断腾飞， 能源消耗问题已经成为一个全社会都已广泛关注的话题。 相应的，节能成为了社会各界必须重视一个环节。 面对这样的社会大环境，变频技术以其具备的优良节能效果被社会广泛利用，常见的如矿山、机械、电力系统等领域，其中对于煤矿采挖过程中使用的采挖机、提升机及空压机等，无论是其中的启动、加减速还是在其中的制动过程中，均会造成能源的大量损失，而变频技术的使用大大的减少了其中的能源损耗，因此得到了越来越广泛的使用。

1 变频技术基本原理及其应用现状

目前，变频技术使用最广泛的是其中变频调速，其使资源的利用更加合理，近几年来，变频调速技术在几乎所有的交流电调速领域内，均获得了极快的发展，这种发展具体表现在理论方面和实际使用方面， 其中经过GTR、IGBT 的不断更替，功率器件不断向着智能功率方向过渡并发展：（1）在理论方面，控制压频比方法被不断改进；（2）在实际应用方面，转矩及矢量的控制均获得极为广泛的使用，（3）具体到研究方面，科研人员结合人工神经网络及自优化控制等方式进行研究，使得变频技术更加智能化。 总之，随着调速系统的集成度不断提高，变频器的种类、功能越来越综合化，变频技术使得机械的基本调速作用可得到顺利实现之外，还增添了很多的新功能，例如常见的参数辨识、通信系统、自动调控以及内置编程等。

2 煤矿中变频技术的具体运用分析

煤矿开采中，因环境恶劣，各类地质及生产条件复杂，很多的机械设备需要经常启动，能耗很大且工作效率较低，严重的制约着煤矿的发展，利用变频技术可有效实现节能增效并增加煤矿经济效益的目的，因此变频技术的引用及发展为煤矿的发展注入了新的动力。

2.1 煤矿生产中变频技术的使用分析

目前， 普通变频器在机械领域及各类生产领域内已普遍得到利用，其不但可达到有效节能降耗，还不断向着控制系统的简单化、人性化、智能化、远程性等方向过渡。 某煤矿在对变频技术使用时，首先对煤矿的给煤机进行了技术创新，其利用变频变速控制置换了过去的手动阀门控制，运用了新式的模块化设计多用途标准变频器，该系统有着科学的参数系统；调试软件；模拟量输入/输出，数字量输入以及机电器输出，另外其通过1 台变频器来实现2 台空气压缩机的驱动，利用储气罐的内部压力，来达到系统的压力闭环管理，最终完成自动协调空气压缩机台数及调整空气压缩机的转速， 完成了空气压缩机高效、节能工作。 在我国煤矿开采中变频技术的使用有着极大的发展空间，在矿山中各类机电设备极多，如果可使得这些机电设备与变频技术有效结合，那么变频技术的使用将更加广泛。

2.2 变频技术在流体设备中的应用分析

在煤矿中的流体设备主要包括通风机及抽水机， 其中通风机的自动调速设备主要分为瓦斯监测和变频控制两个系统，其利用不同的技术实现通风机内部转速的合理控制，可实现全面的自动化水平，借助通风机内部自动变速设备，使得原来部分的恒速转叶变为了现在的调速转动。

2.3 交流四象限变频器的应用分析

在煤矿中的对于提升机、采煤机等这类机电设备，因为其有着大量的启动。 停止及变速要求，因此在变频器使用时，就要求其具备四象限工作。 四象限变频器使得整个电路内部的流桥变为智能功率系统（即为可控制流桥），其可在电动机工作状态下，完成有效的调速。

3 煤矿中各类机电设备结合变频技术的具体应用

3.1 风机中的应用及优点

在煤矿的特殊环境中已有为煤矿风机专门进行设计的常用变频调速装置， 比如在杨村的矿难风井的重新改造过程中，该装置具有很多的优点，其主要的优点可以描述如下：（1）可以很好的避免瓦斯超限。 在供电正常的情况下，要根据掘进工作面的多少确定瓦斯的数量，通风机中的自动调速装置可以根据具体的情形进行风速的调整，预防瓦斯超限的情况，或者预防风量太大而造成扬尘的出现。（2）节能通风措施的实现。在整个掘进过程中，只要用一台足够容量的通风机，风量即可满足各种情况的需要，这就在一定程度上减少了局部位置风机的更换措施，不仅能够节省较多的时间，还能够使电能得到节约。 （3）没有最大的效率限制，从而能够实现瓦斯的自动排放还可以进行自行控制。 在出现了可以预测的不出现风的状态或者意外停电时，在掘进工作面中的瓦斯数量超过了限制，此时就可以不借助人工的力量进行瓦斯的排放， 只要调动自动调速装置，就可以实现目标，不但能够保证安全还能够取得较高的效率。 （4）在通风过程中采用串风通风措施，能够有效的保证上下级之间的通风安全。 在使用串风措施的情况下，可以在自动调速装置的帮助下对上级给予的风量进行控制，这样能够有效保证进入下级工作面中风流中的瓦斯浓度的数量，从而起到了保障下级通风的重要措施。 （5））软启动。 通过采取软启动模式可以改变通风机部分装置全压启动状态，同时还可以通过促进部分启动对加载率、转速固定化等向软启动进行演变。 （6）需要对“一风吹”进行避免和预防，通过对通风机的处理能够有效实现对其局部位置的控制，还能够对其风量进行调整，通过采取措施使通风机局部的全压变成了软启动，这就能够避免通风机在全压情况下出现 “一风吹”。 该装置的性能能够达到防治爆炸的标准，在我国巷道的掘进过程中提供了有效手段。

3.2 采煤机中的应用及优点

目前， 我国的变频技术在采煤机中的应用已经发展到国际领先水平， 由我国生产并制造的变频式采煤机已经达到2×110kW 以上的行走功率，相对应的电压数值为380V，可以很轻松的实现在转机额定转速下，对转机恒定转矩的适当调整。 采煤机中的变频提速模式已经由传统的“一拖二“逐步过渡到“一拖一”， 具体表现在原有的能量回馈型四象限在运行领域内开始使用交流变频采煤技术，其中对额定转速上面开始的恒定功率的调整来说， 还要求使用两台变频器进行转矩的平衡调整，另外还要进行逐从控制。 通过对某煤矿的采煤机使用情况研究发现，采区的倾角处于13 度到19 度之间，局部范围的倾角介于26 度到31 度之间，通过对现场的实际工作状态进行分析认为：使用的四象限变频器进行调速的采煤机可实现较大范围内的工作面倾角适当调整，可实现将采煤机的牵引速度保持在一个恒定不变的状态下，杜绝了机器出现下滑跑道等现象。 另外由于机器结构并不是特别复杂，因此操作相对较为简单，还可实现对采煤机速度的有效调控。

3.3 提升机中的应用及优点

我国西北某煤矿公司首先使用了变频防爆提升机， 该设备利用无速度矢量遥感器控制模式，具备四象限运行。 系统设定有过流、欠压、过压及电机缺相等保护措施。 另外风光提升机变频器是我国变频提升机中的杰出产品，其广泛的适用于我国各大矿山，其中最先进的JD-BP32-185P 型提升机是其中的代表之一，该提升机具备优良的数字化控制系统并设计安装有专用的软件，于此同时，系统还具备较强可兼容性、升级性等特点，另外系统还有着合理的输入输出接口电路，因此可很好的完成远程调控。

4 煤矿中机电设备结合变频技术的应用前景

当前， 在矿山企业中运用变频技术已经成为矿山企业增加经济效益的一个必然途径，但是在我国仍有一些地方没有得到普及。 在我国变频技术的市场空间极为广泛，其主要表现在以下几个方面;（1）由于我国矿山基数本来就很大，且企业各种机电设备种类很多，在进行变频技术利用时，所需求的量也非常多。 这种情况致使我国变频技术拥有极为广阔的应用前景；（2）由于计算机技术、网络技术及各种机电技术的高速发展，致使变频器在控制精度及控制灵活性上得到了很大的发展，并且其功能也会得到不断进步， 这样网络管理矿山就变为可能，在网络管理过程中对变频器的应用本身就是一个极为重要的中间环节；（3）随着变频器技术的不断创新，致使变频器功能不断向着专业化迈进，对于煤矿而言，由于其作业的特殊性，例如易燃易爆特点，就导致变频器本身必须拥有应对这些煤矿开采中机电设备出现问题的处理措施。

5 结语

随着现代科学技术的不断发展和完善， 电力电子技术和微电子技术也取得了迅速的发展，高压问题因为引进高压大功率变频调速装置而得到了根本上的解决。 采用交流电机变频调速能够最大限度的节约电能，完善工艺流程，使产品质量得到改善，同时成为改善运行环境的重要手段之一。 而变频技术以其高功率因数、高效能以及其优良实用性，被越来越多的矿产企业所认同，目前变频技术虽然在矿山机电设备中的使用越来越广泛，但是在一些专业领域，如智能化、远程控制等方面我国仍处在研发阶段，因此这就需要相关的研究人员及学者不断学习新的知识，以不断创新出新技术新设备以供企业的使用。

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