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(yùn)輸、井下通風(fēng)、排風(fēng)等環(huán)節(jié)。在這種情況下，變頻器的應(yīng)用為煤礦生產(chǎn)節(jié)能帶來(lái)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(yùn)行原理是什么？在實(shí)際煤礦生產(chǎn)中又是如何利用變頻器進(jìn)行節(jié)能的？在設(shè)計(jì)中又應(yīng)采取何種措施來(lái)提升變頻器的節(jié)能效果呢？下面讓我們共同來(lái)探討。

1、變頻器及其工作原理

圖1變頻器的運(yùn)行原理

變頻器主要應(yīng)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(guò)對(duì)電流頻率的改變來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。除了運(yùn)行交流電機(jī)械設(shè)備之外，變頻器還能夠通過(guò)對(duì)電壓和電源頻率的改變來(lái)達(dá)到節(jié)能、速度調(diào)節(jié)的作用，有效降低了機(jī)械設(shè)備的能源消耗，為煤礦機(jī)電設(shè)備帶來(lái)了更大的經(jīng)濟(jì)效益。除了能夠節(jié)能之外，變頻器還能夠提供很多的保護(hù)功能，例如對(duì)于一些機(jī)電設(shè)備的過(guò)壓、過(guò)載、過(guò)流等情況提供保護(hù)等。

2、變頻器在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

2.1在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，變頻器在煤礦機(jī)電設(shè)備中的使用主要體現(xiàn)在帶式輸送機(jī)上，其主要運(yùn)行原理是通過(guò)皮帶的物理特性———彈性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)皮帶處于靜止或者運(yùn)行的過(guò)程中，期間皮帶蘊(yùn)含了大量的能量，如果不在啟動(dòng)時(shí)增加一些軟起動(dòng)的裝置，就會(huì)使皮帶中的能量很快釋放出去，如果產(chǎn)生過(guò)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(guò)其對(duì)帶式輸送機(jī)的改良，為企業(yè)帶來(lái)了很多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

a)變頻器為帶式輸送機(jī)添加了軟起動(dòng)的模式，使得帶式輸送機(jī)在驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中緩慢啟動(dòng)，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(dòng)中緩慢釋放，有效防止了皮帶在啟動(dòng)過(guò)程中斷裂的情況；

b)變頻器的使用也使皮帶輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)了多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡。在使用變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，通常情況下采用的是1臺(tái)電機(jī)1個(gè)控制裝置的方法，當(dāng)多臺(tái)電機(jī)同時(shí)使用時(shí)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)了主控制和從控制，也同樣實(shí)現(xiàn)了功率的平衡；

c)變頻器在皮帶輸送機(jī)中的使用能夠起到降低皮帶帶強(qiáng)的作用，它有效地使皮帶輸送機(jī)的時(shí)間延長(zhǎng)，降低了對(duì)皮帶帶強(qiáng)的要求，因此也間接地降低了對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備的造價(jià)投入；

d)變頻器在皮帶輸送機(jī)中的應(yīng)用，能夠更高效地提高機(jī)電設(shè)備的使用壽命，使設(shè)備的維護(hù)量和維護(hù)費(fèi)用得到降低，并且皮帶輸送機(jī)在使用過(guò)程中對(duì)機(jī)械設(shè)備、零部件等都沒(méi)有力的沖擊作用，也大大降低了對(duì)皮帶輸送機(jī)的維修次數(shù)和維修工程量。

2.2變頻器在礦井提升設(shè)備中的應(yīng)用

提升設(shè)備的主要功能是沿礦井井筒運(yùn)出礦石、煤、廢石或矸石，以及升降人員、設(shè)備和器材等，因此在使用過(guò)程中產(chǎn)生了很大的電能消耗，通過(guò)變頻器的使用有效提高了電能的使用效率。礦井提升設(shè)備在整個(gè)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(guān)鍵。因此，在新礦井的設(shè)計(jì)和舊礦井的改造中，都將礦機(jī)提升電氣設(shè)備放在首要的位置，經(jīng)過(guò)多方面比較并根據(jù)礦井的具體情況，來(lái)選擇適合煤礦生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備。采用變頻器后，礦井提升設(shè)備的使用優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：a)變頻器的應(yīng)用使得礦井提升設(shè)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(jī)的調(diào)速性能與直流電機(jī)幾乎相等，控制精度非常高；b)采用變頻機(jī)使得礦井提升設(shè)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(zhǎng)。并且具備完善的保護(hù)功能，當(dāng)其應(yīng)用到礦井提升設(shè)備時(shí)，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(shè)備的維護(hù)工作量降低，不僅提高了設(shè)備使用的效率，也大大降低了工作人員對(duì)其的養(yǎng)護(hù)和維修，降低了工作人員的工作強(qiáng)度；d)變頻器的使用使得其調(diào)速范圍寬廣，屬于無(wú)級(jí)調(diào)速，低速時(shí)穩(wěn)定性好。

3、變頻器在煤礦設(shè)備中的節(jié)能體現(xiàn)

3.1變頻器在皮帶輸送機(jī)中的節(jié)能體現(xiàn)

采用變頻器后，皮帶輸送機(jī)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(gè)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(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)放的裕量比較大，在工作時(shí)絕大多數(shù)都無(wú)法滿(mǎn)載運(yùn)行，機(jī)電設(shè)備經(jīng)常在滿(mǎn)電壓和滿(mǎn)速度的情況下負(fù)載很小，有時(shí)還出現(xiàn)空載運(yùn)行的現(xiàn)象，使得機(jī)械設(shè)備的使用效率過(guò)低，空載或輕載運(yùn)行給整個(gè)皮帶輸送設(shè)備造成了很多不必要的電能損失。當(dāng)變頻機(jī)使用在皮帶輸送機(jī)后，基本上在皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，功率因素都達(dá)到了0.9kW以上，使得運(yùn)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(dāng)變頻器得到使用后，電機(jī)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(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的，使用效率相對(duì)較低，因此變頻器的使用使整個(gè)皮帶輸送系統(tǒng)的效率提升了5%～10%。

此外，礦井一般都遠(yuǎn)離變電站，不同時(shí)段的電壓變動(dòng)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(jiàn)，采用變頻器對(duì)傳統(tǒng)的皮帶輸送機(jī)進(jìn)行改造，不管是在煤礦機(jī)械設(shè)備的技術(shù)提升上還是在經(jīng)濟(jì)效益上帶來(lái)的益處都是很大的，隨著時(shí)代的發(fā)展，變頻器也將更加廣泛地應(yīng)用于皮帶輸送設(shè)備中。

3.2變頻器在礦井提升設(shè)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(guò)程中的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在如下2個(gè)方面。

3.2.1提升過(guò)程中的節(jié)能

當(dāng)?shù)V井絞車(chē)處于提升的狀態(tài)時(shí)，電機(jī)處于電動(dòng)的工作狀態(tài)，由于絞車(chē)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，變頻器通過(guò)對(duì)其轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)就能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)應(yīng)程度的節(jié)能效果。

3.2.2下降過(guò)程中的節(jié)能

當(dāng)?shù)V井絞車(chē)處于下降的狀態(tài)時(shí)，電機(jī)是處于發(fā)電狀態(tài)的，是一個(gè)將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程。當(dāng)使用能量回饋型的變頻器時(shí)，變頻器就會(huì)將轉(zhuǎn)化成的電能返回到電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)了能量的節(jié)約。

4、結(jié)語(yǔ)

變頻器在煤礦機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用不僅體現(xiàn)在皮帶輸送機(jī)和礦井提升設(shè)備上，也同樣運(yùn)用于水泵、風(fēng)機(jī)。絞車(chē)等煤礦設(shè)備中。現(xiàn)階段，中國(guó)在這些煤礦設(shè)備中對(duì)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(guò)高效地將電能進(jìn)行不同形式的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的控制，對(duì)于煤礦生產(chǎn)有著重要的意義。隨著時(shí)代的發(fā)展，相信會(huì)有更多的變頻技術(shù)得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，變頻器將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。