【摘 要】据统计，煤矿主要生产系统的用电量占矿井企业用电量的70%～90%，特别是矿井提升机、胶带输送机、主要通风机、主要排水泵等大功率用电设备在启动、加速、减速、制动等过程中负荷变化很大，使电网产生电压波动，影响电网的安全运行。同时，产生的机械冲击，增加了设备的损伤，降低了使用寿命。随着我国煤炭工业的飞速发展，变频技术以其优越的调速性能和显著的节能效果，有效提高了煤矿机电设备的自动化控制程度和运行效率，在煤矿生产中得到越来越广泛的应用，成为煤矿企业节能降耗和提升装备水平的有效途径。
【关键词】煤矿；变频技术；机电设备；使用原理；节能
一、变频技术的使用原理
变频技术主要指通过改变交流电频率的方式，来实现对设备的自动化控制，是现代化无附加转差损耗的调速方式。使用变频技术，可根据机电设备负载变化情况，来设定设备的运行参数，从而改变设备的运行工况，有效提高设备的运行效率。由公式n=50f/p（n为电动机转速，f为频率，p为电机级数）可以看出，转速n与频率f成正比。在电动机级数一定时，只要改变频率，即可改变电动机的转速。当频率在0～50HZ的范围内变化时，电动机转速调节范围就非常宽，变频调速就是基于这一原理，通过改变电动机电源频率来实现调速的。
二、变频技术在矿井提升运输设备上的应用
（一）矿井提升机
目前，矿井提升机变频技术的应用，主要以高压变频调速控制系统和PLC控制系统为主。在矿井提升机高压变频调速控制系统设计中，一般采用单元串联多电平能量回馈型四象限高压变频控制系统，不但提高了高压回路与低压控制回路之间的通讯能力，还能增强系统的抗干扰性和安全性，使提升全过程的位置控制、速度控制、动态画面监视及保护功能等功能更加完善可靠，从而改善了提升机启动、加速、运行、减速等运行阶段的性能，减少对设备、钢丝绳的机械冲击，增强提升系统的安全水平。
（二）胶带输送机
胶带运输机是煤矿煤流运输系统的主要设备，通常采用交流电动机作为动力装置，以工频进行拖动，液力耦合器进行传动的方式运行，但存在启动电流大、机械冲击大、传动效率低等缺陷。在对胶带运输机进行变频技术改造之后，就能利用变频器来实现设备及系统的软启动功能，使设备及系统平稳启动运行。特别是输送机运送距离长、倾角大、负载重，经常存在带载或重载启停的情况，极易造成胶带断带、跑带等安全生产事故。而变频控制的软启动功能，则从根本上解决了这一难题，消除了因重载启停造成的断带、跑带等安全生产隐患。
三、变频技术在矿井泵类设备上的应用
由流体力学可知：P（功率）=Q（流量）×H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P则与转速N的立方成正比。如果机组的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降，即机组电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。因此，在矿井泵类负载变频技术的应用中，除能改善设备的启动性能之外，节能降耗效果更为显著。
（一）主要排水泵
主要排水泵担负着全矿井的排水任务，是矿井安全生产的重要设备之一。在矿井建设、生产以及雨季、冬季等不同时期，矿井的涌水量都是不同的，需要经常根据实际涌水量调节矿井的排水量，而矿井主要排水泵的能力则是按照矿井的最大涌水量选型装备的。因此，矿井的主要排水泵长期处在“大马拉小车”现象，造成无谓的电能浪费。对主要排水泵的变频技术改造，重点是根据矿井的实际涌水量，设定电动机的运行频率以改变电动机转速，满足矿井实际涌水量的排水需求，避免“大马拉小车”现象。据统计，主要排水泵在变频技术改造后，节约电能至少在30％以上。
（二）主要通风机
主要通风机担负着全矿井的通风任务，同样是矿井安全生产的重要设备之一。在矿井开采的不同时期，随着开采深度的增加、生产系统的变化等各类因素，矿井的通风量是不同的，需要经常根据实际用风量调节矿井的通风量。而矿井主要通风机的能力则是按照矿井的最大用风量选型装备的，同样存在“大马拉小车”现象。对于主要通风机的变频技术改造，如同对主要排水泵的变频技术改造一样，重点是根据矿井的实际用风量，设定电动机的运行频率，以满足矿井实际通风量的要求，避免“大马拉小车”现象。由于矿井主要通风机必须是24小时不间断运行，电能消耗更高。据统计，矿井主要通风机在变频技术改造后，节约电能至少在40％以上。
结语
在煤矿生产过程中，矿井提升系统、运输系统、排水系统、通风系统等主要生产系统的装机容量占全矿井的80％以上，是矿井的用电大户、耗能大户。同时，又是矿井安全生产的薄弱环节和事故多发区域。通过对这些主要生产系统机电设备的变频技术改造和推广应用，既改善了设备运行性能，提高了矿井装备水平，增强了矿井安全生产保障能力，又起到了很好的节能降耗效果，为煤矿企业实现安全高效生产提供了有力支撑。
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