神华神东煤炭集团柳塔煤矿内蒙古鄂尔多斯017209
摘要：本文对变频技术的基本原理和发展进行了阐述,对变频器煤矿机电设备中的应用进行了分析研究
关键词：变频控制技术；机电设备；应用
随着电子技术、计算机技术、自动控制技术、大功率输出技术的迅速发展,交流电机变频调速技术取得了突破性的进步，成为当今节电和改善环境、推动技术进步的一种主要手段,已成为一种必然的发展趋势。众所周知,煤炭企业是耗电大户，其电耗成本占其生产成本相当大的比例,其中通风、提升、压气、排水等设备的电能消耗占总能耗2/3以上，但是有很大一部分电能是白白浪费掉的。
1变频技术原理及发展
交流变频调速技术是微机技术、电力电子技术和电机传动技术的综合应用，是强弱电混合、机电一体的综合性技术。其实质是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，其基本原理是通过整流桥将工频交流电压变为直流电压，再由逆变器转换为频率、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。变频调速技术之所以在能源危机中应运而生，就是因为它能根据电机负载的变化实现自动、平滑的增速、减速，从而大幅度提高工作效率。变频技术在理论和应用方面都取得了较快的发展。在控制理论方面，压频比控制方式得到很大改进，矢量控制和转短直接控制方式在实际变频器中广泛应用，模糊自优化控制、人工神经网络等控制方法成为新的研发方向；调速系统的集成度越来越高，在功能方面，变频器的综合化程度越来越高，除了能完成基本的调速功能外，还具有内置的可编程序、参数辨识及通信等功能。
2变频控制技术在皮带机中的应用
皮带机的功率较大，其工作原理是将绕线电机经过转子绕组降压起动后进行工频实施，并借助于液力耦合器使得皮带机切换到正常的工作状态。在整个工作的过程当中，如果通过转子的串接能够实现电阻的改变，皮带机的使用只能限于很短的时间范围内。如果皮带的韧性较差，长时间的运转之后，皮带就会出现老化甚至是断裂的情况。皮带机启动的过程中会有很大的电流，电机内部会发烫甚至导致电网电压的剧烈波动。
液力耦合器工作的过程中，内部油温会迅速升高，加大内部器件之间的摩擦，这些问题都会使维护成本和维护难度加大，功率难以同步也是潜在的问题之一。借助于变频器调速技术，就能够改变传输机软起、软停的运行方式，皮带机的韧性也会进一步得到稳定。变频器调速技术还能够根据自身负荷调节工作频率，为电机的恒速运行奠定了基础，提高了运行的安全性。通过实践可以看出，皮带机中运用变频技术为工作效率的提升打下了基础，系统功率改善程度达到90%以上，还能够减少设备的损坏程度，从而减少了维修的费用
3变频控制技术在采煤机上的应用
现在我国采煤机的最大功率是1200kW，变频器的电压是380V，能够满足额定转速下的采煤机的调整。通过变频调速器，能给采煤机带来稳定的工作环境，能对机器运转速度进行调整，避免熄火时的滑车现象。为了灵活地应用控制器，操作过程也会更加简便，减少了许多体力劳动，也减轻了煤炭开采工人员作业的难度，更加精准地掌握了采煤过程中的工作进度，提升了工作效率，减少了煤矿工人们的工作时间。
4变频控制技术在通风机上的应用
通风在煤矿的开采过程中有着重要的意义，不仅关系着井下开采人员的生命安全，同时也是煤矿开采企业能够长远发展的保证。井下开采作业的过程中通常会采用通风机，这样才能保证井下作业人员的生命安全，通风机也通常被称作煤矿开采行业的“呼吸系统”。
随着煤矿开采深度的逐渐增加，煤矿开采时所在的地理位置的风压也会越来越大，对于通风机的功率要求也会越来越高。如何让通风机的功率越来越大，已经成为许多煤矿企业考虑的重要议题。在矿山的作业过程中，将变频技术应用到通风设备当中，能够根据实际情况改变风量的大小，由于该技术低能耗的特点，被广泛应用到设备当中。经过改造之后的通风机可以借助变频器技术，实现变频软启动工作，避免了启动过程中的电流过大，对电网造成冲击，导致危险事故的发生。通常情况下，通风机会以较低的速度运行，通风的强度会受到很好的控制，随着通风机使用时间的延长，维修的次数会越来越少。在电机的使用过程中，为确保电机转速的一致性，要对两台电机运行频率进行控制，避免出现风阻值的情况，否则会使得通风机因为受到影响而无法运作
5变频控制技术在矿井提升机的应用
矿井的提升机担负着输送物料和人员的重要任务，是矿井生产四大运转部件中特别重要的设备。其传统的调速控制方法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。这些控制装置的缺点是：电阻能耗大、散热难以解决；电阻调速属于有级凋速，开环控制，调速范围小、精度低、安全性能差；在减速段和下放时需投切动力制动直流电源或低频电源，易造成设备损坏。且浪费了大量的电能。另外。原有的控制系统保护不够齐全，安全可靠性差，原系统已严重地制约了矿井的安全生产和经济运行，对矿井提升机驱动系统进行变频技术改造旨在从根本上解决原有电阻调速控制系统存在的各种弊病，达到如下主要目的：实现元级平稳加减速，提商提升系统的安全水平；节约电能；用PLC编程软件替代继电器实现提升速度控制，减少设备维修工作量。
6变频控制技术在井下绞车电控系统中应用
电控系统和保护系统采用变频调速技术，输入电源660V、50Hz，过载能力强，在负载变化为-120％~+120％额定负载时能满足四象限运行要求；低频运转时，有自动转矩提升功能，能保证100％额定转矩；有过压、欠压、过流、断相和功率元件过热等保护。
控制箱采用快开门方式，电气控制采用双PLC全数字控制系统，两套PLC与硬件电路互相冗余完成绞车提升控制与数字监控，同时在PLC故障时能分别完成临时应急提升。控制系统配备正常操作而设置的各种保护，其中的防止过卷装置、过速装置、限速装置和减速功能保护设置为相互独立的双线形式。系统还具有各种保护试验功能。声光信号与控制回路具有闭锁功能．未发信号不能开车，发出信号的时间次数记忆不少于30天。深度指示采用数字显示，能准确清楚显示出矿车在巷道中运行位置。深度指示一旦失效能迅速断电停车。绞车控制具有手动、自动、检修运行及远程控制等操作方式。检修时能手动操作，运行速度0.3~0.5m/s，操作方便可靠。变频器采用模块式结构，出现故障时能方便查找故障点并及时进行更换，维修简单。操作台除有正常的各种操作开关与按钮外，还有深度、速度、电压、电流、油压和温度等指示，比较直观。
7变频控制技术在煤炭产业的应用展望
现在变频控制技术仍然在发展的过程当中，因此，变频控制技术在煤矿机电设备中的应用也会不断进步和完善。需要强调的是，变频控制技术并没有在我国的所有煤矿开采企业中得到普及，除了一些比较大的煤矿开采企业之外，众多中小型煤矿企业并没有应用这样的技术。变频控制技术在我国的煤矿机电设备当中仍然具有较大的发展空间，具体可以从以下几个方面入手进行仔细的考量。
1）需求量比较大。我国的煤炭行业是比较发达的，甚至已经达到了产能过剩的状态。我国有着数量众多的中小型煤炭开采企业，如果对于这些公司进行简单的变革，或者引入变频器技术，那么广阔的市场必定使变频器技术得到进一步发展。
2）扩大适用范围。如果在变频器行业进行创新，生产出不同种类的变频器产品，就能够实现煤矿开采过程中与不同机电设备匹配的型号，变频技术的推广空间会更加广阔。
3）重视多功能方面的发展。随着电子技术的不断深入发展，变频控制与使用技术也在朝着多功能方向发展。而不断的推广，更使得变频控制技术成为煤矿网络化管理中的关键模块。
8结语
变频技术在煤矿机电设备中的应用，有效的提高了生产效率．并降低了生产能耗，降低了设备磨损，提高了设备运行可靠性．能为企业带来更大的经济效益和社会效益。因此，变频控制技术在煤矿机电设备中应用具有十分重要意义，值得广泛推广。
作者简介：单建隆（1971-）男，内蒙古包头人，现在神东煤炭集团从事矿井机电管理工作。