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[摘 要]随着煤炭科技的快速发展，变频节能技术因具有可靠的调速性能和节能作用，已被广泛应用于煤矿生产，有效提高了煤矿设备的自动化水平，同时，对企业的经济效益和社会效益也起到推进作用。因此，本文主要针对变频节能技术的概述、原理、发展现状及发展前景等方面进行了详细论述。
[关键词]变频节能技术；煤矿机电设备；应用分析
中图分类号：TM182 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0365-01
我国地域辽阔，煤矿资源丰富。但随着环境恶化、煤矿资源消耗过大及安全事故的频繁发生等系列问题，已严重影响了煤矿企业的发展。基于这种环境下，必须极力引进新技术以提高煤矿生产的效益和安全性，变频节能技术的应用不仅能提升操控性能还能取得节能效果，可见，必须加大对技术创新工作的投入，加大变频节能技术在煤矿中的应用，通过变频节能技术提升采煤效率，实现低碳节能，促进煤矿企业的进一步发展。
1 变频节能技术概述
1.1 变频节能技术概念
变频节能技术是利用科技手段及设备实现电流频率改变的一种新型技术。在变频节能技术中，将电流频率改变的设备称为变频器，变频器构成较复杂由电源板、电极容器、控制面板、键盘等组成，通过这些部件的有效组合，实现变频节能的效果。在传统机电设备中，电流频率是不可改变的，所以，煤矿机电设备的转数也是固定不变的，是不能控制的，使得机电设备长期处于恒定运行状态，减少设备的使用寿命，消耗大量能源。随着变频节能技术的出现，有效解决机电设备的这一缺陷，在机电设备中应用变频节能技术不但能改变机电设备的灵活性，还能根据生产过程需要调节设备的运行状态，降低能源消耗，增加设备的使用年限。
1.2 变频节能技术的基本原理
变频器工作原理概括为“交—直—交”的方式，首先对整流器进行有效运用，将工频交流电源转化成直流电源，再将直流电源转化成频率和电压可以控制的交流电源，再供给电动机。通常变频器的电路由整流部分、直流环节部分、逆变部分和控制部分构成。其中，整流部分采用三相桥式不可控整流器；直流环节部分主要是滤波、直流储能和缓冲无功功率；逆变部分在变频技术中的作用十分重要，主要采用IGBT三相桥式逆变器，其输出为脉冲宽度调制波形（PWM），是变频技术的核心技术。
1.3 变频节能技术发展趋势
新技术、新工艺的不断发展为变频技术带来了新的机遇，变频器的发展主要表现在以下几方面：一是功率器件方面，从IGBT、GTB基础上发展起来的智能功率模块IPM有效增加变频的功率；二是控制理论方面，采用矢量控制和转矩控制，通过改进压频比的方式来扩展变频节能技术的应用范围，使得控制理论得以进一步发展；三是调试系统方面，调速系统集成度越来越高，由单片机发展为高级专用集成电路、精简指令集计算机和数字信号处理器等，得到广泛应用；四是功能方面，变频器具有高度综合性，在操作上智能化程度越来越高，不仅提高了调速功能，还在一定程度上完成通信、编程及参数辨识等多种功能。
2 变频节能技术在煤矿机电设备中的应用
2.1 在提升机中的应用
煤矿提升机对人员安全和煤矿生产安全都具有重要作用，是不可缺少的机电设备。传统调速是将金属电阻接入电动转子电路内，这种方法安全隐患较高，且会大量消耗电能。而应用变频节能技术后，将交流四象限变频调速系统与变频防爆提升机结合，辅助计算机完成对提升机的数字信息化的控制，同时具有较高的兼容性，在输入输出接口完备的条件下可帮助操作人员实现远程控制，降低工作量和劳动强度。
2.2 在采煤机中的应用
采煤机变频调速系统由原来的“一拖二”发展为“一拖一”，逐渐成熟完善。国产电牵引采煤机变频器电压是380V，行走功率为2x100KW，能在额定转速、恒定转速下实现两台变频器间的转矩平衡和主从控制，从实际运行情况来看，对于大倾角工作面，采煤机如果采用四象限变频器调速电牵引可对制动力矩进行大范围的调节，使牵引速度保持不变，不会出现下滑现象，这样设计的优点：可靠的调节速度、方便操作、结构简单、控制灵活等。
2.3 在机械动力荷载设备中的应用
变频技术在机械动力荷载设备中的应用主要分为两大类：一是应用于静止电源上；二是应用于传动调速上，其目的主要是通过电机调速来降低电能的耗损，主要设备是以水泵、风机为主，传统的水泵、风机的流量和风流是通过调节节流阀和挡风板完成的，其调节措施简单可行，虽能满足工作需求，但却起不到节能的效果。通过变频节能技术的运用对电流的转速进行控制，既满足工作需求又有节能效果。
2.4 在通风机中的应用
通风机被称为煤矿开采过程中的呼吸系统，是保障地下煤矿开采中空气畅通的重要手段，在煤矿开采中具有重要意义。随着地下煤矿开采深度的不断增加，通风机作为煤炭开采中的重要空气来源，应加大工作效率，保障矿井开采的安全。传统的通风机在开启前电流冲击对通风机的冲击性较大，造成地下煤矿的电压不稳定，同时对矿井中电力的使用产生较大电流冲击，加大电网的损耗速度，严重影响煤矿矿井中的整个电力设施。应用变频技术后能有效改善机械启动时产生的电流冲击，降低电阻压力，对矿井中使用的电力起到缓解作用，而变频器的使用不仅能提升通风机的软启动更能延长机器设备的使用年限。
2.5 在皮带机中的应用
皮带机是通过电机转动带动皮带运输，再将皮带上的煤沿皮带运输到目的地。在运转过程中需要通过传动滚筒与皮带的摩擦力来实现，目前大部分煤矿的皮带机装置是通过液力耦合器来实现皮带机软启动的，启动时因电机电流过大，造成电路电压急剧变化，甚至会加剧皮带的断裂、老化，其中耦合器在工作过程中产生的热能会使机器内部油温升高，造成机械磨耗，对机器设备安全造成影响。运用变频技术以后，能有效实现皮带机的软启动，提高机器在运行和启停过程中的稳定性，相比于传统耦合器，变频技术在整个工作过程中能源利用率得以提高，有效减少能源消耗，减少皮带传送过程中受到的阻力，减少机械发热对皮带运行带来的影响，同时也大大节约了设备的维修费用，具有良好的经济效益。
3 煤矿机电设備中应用变频技术需注意的问题？
3.1 正确安装和使用
（1）变频器的使用温度应控制在-10℃～50℃范围内，且海拔高度应小于1000m，严格按规定执行。
（2）切忌安装在经常发生振动的地点，如已安装，应立即采取防震措施；切忌安装在电磁干扰附近或是空气污染的环境下。
（3）变频器要保持良好通风，确保控制柜有足够的冷却风量。
（4）变频器与弱电控制设备应分开布置，在使用过程中需限制最低转速，避免频繁操作。
3.2 结合实际情况
变频器虽有节能高效、安全可靠的优势，但也存在噪声、振动大、价格昂贵等问题，对变频技术的应用要结合机电设备运行中的实际状况进行选择，是否有必要采用变频控制，以及变频器的工作电压、容量、频率和加减速时间等技术参数。
4 煤矿机电设备中变频节能技术的发展前景
变频技术在煤矿中的应用越来越多，对我国煤矿企业的发展带来了强大的技术支持，是未来煤矿行业发展的必然趋势。我国的矿产资源丰富，仍有许多煤矿要开发，且机电设备的种类和数量也越来越丰富，使得变频节能技术有较大可能应用于新的机电设备。目前，通过变频技术对一些老旧设备进行改造，以提高旧设备的利用率。且随着我国的电子信息技术的迅速发展，在煤矿机电设备和矿业结构的改造中，必然会运用网络化管理对变频技术进行控制，控制方式的多样化能使变频技术得到更好的更新。
参考文献
[1] 王李鹏.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用[J].中国高新技术企业.2015（28）：97-98.
[2] 路海英.煤矿机电设备变频节能技术的应用分析[J].电子技术与软件工程.2015（07）：138.
[3] 张文军.变频控制技术在煤矿机电设备中的应用分析[J].技术与市场.2014（11）：36+38.
[4] 纪小龙.变频技术在多种煤矿机电设备中的应用与展望[J].科技与企业.2013（17）：286.
[5] 张富亮.煤矿机电设备变频节能的技术探讨[J].内蒙古煤炭经济.2014（08）：127+134.
[关键词]变频节能技术；煤矿机电设备；应用分析
中图分类号：TM182 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0365-01
我国地域辽阔，煤矿资源丰富。但随着环境恶化、煤矿资源消耗过大及安全事故的频繁发生等系列问题，已严重影响了煤矿企业的发展。基于这种环境下，必须极力引进新技术以提高煤矿生产的效益和安全性，变频节能技术的应用不仅能提升操控性能还能取得节能效果，可见，必须加大对技术创新工作的投入，加大变频节能技术在煤矿中的应用，通过变频节能技术提升采煤效率，实现低碳节能，促进煤矿企业的进一步发展。
1 变频节能技术概述
1.1 变频节能技术概念
变频节能技术是利用科技手段及设备实现电流频率改变的一种新型技术。在变频节能技术中，将电流频率改变的设备称为变频器，变频器构成较复杂由电源板、电极容器、控制面板、键盘等组成，通过这些部件的有效组合，实现变频节能的效果。在传统机电设备中，电流频率是不可改变的，所以，煤矿机电设备的转数也是固定不变的，是不能控制的，使得机电设备长期处于恒定运行状态，减少设备的使用寿命，消耗大量能源。随着变频节能技术的出现，有效解决机电设备的这一缺陷，在机电设备中应用变频节能技术不但能改变机电设备的灵活性，还能根据生产过程需要调节设备的运行状态，降低能源消耗，增加设备的使用年限。
1.2 变频节能技术的基本原理
变频器工作原理概括为“交—直—交”的方式，首先对整流器进行有效运用，将工频交流电源转化成直流电源，再将直流电源转化成频率和电压可以控制的交流电源，再供给电动机。通常变频器的电路由整流部分、直流环节部分、逆变部分和控制部分构成。其中，整流部分采用三相桥式不可控整流器；直流环节部分主要是滤波、直流储能和缓冲无功功率；逆变部分在变频技术中的作用十分重要，主要采用IGBT三相桥式逆变器，其输出为脉冲宽度调制波形（PWM），是变频技术的核心技术。
1.3 变频节能技术发展趋势
新技术、新工艺的不断发展为变频技术带来了新的机遇，变频器的发展主要表现在以下几方面：一是功率器件方面，从IGBT、GTB基础上发展起来的智能功率模块IPM有效增加变频的功率；二是控制理论方面，采用矢量控制和转矩控制，通过改进压频比的方式来扩展变频节能技术的应用范围，使得控制理论得以进一步发展；三是调试系统方面，调速系统集成度越来越高，由单片机发展为高级专用集成电路、精简指令集计算机和数字信号处理器等，得到广泛应用；四是功能方面，变频器具有高度综合性，在操作上智能化程度越来越高，不仅提高了调速功能，还在一定程度上完成通信、编程及参数辨识等多种功能。
2 变频节能技术在煤矿机电设备中的应用
2.1 在提升机中的应用
煤矿提升机对人员安全和煤矿生产安全都具有重要作用，是不可缺少的机电设备。传统调速是将金属电阻接入电动转子电路内，这种方法安全隐患较高，且会大量消耗电能。而应用变频节能技术后，将交流四象限变频调速系统与变频防爆提升机结合，辅助计算机完成对提升机的数字信息化的控制，同时具有较高的兼容性，在输入输出接口完备的条件下可帮助操作人员实现远程控制，降低工作量和劳动强度。
2.2 在采煤机中的应用
采煤机变频调速系统由原来的“一拖二”发展为“一拖一”，逐渐成熟完善。国产电牵引采煤机变频器电压是380V，行走功率为2x100KW，能在额定转速、恒定转速下实现两台变频器间的转矩平衡和主从控制，从实际运行情况来看，对于大倾角工作面，采煤机如果采用四象限变频器调速电牵引可对制动力矩进行大范围的调节，使牵引速度保持不变，不会出现下滑现象，这样设计的优点：可靠的调节速度、方便操作、结构简单、控制灵活等。
2.3 在机械动力荷载设备中的应用
变频技术在机械动力荷载设备中的应用主要分为两大类：一是应用于静止电源上；二是应用于传动调速上，其目的主要是通过电机调速来降低电能的耗损，主要设备是以水泵、风机为主，传统的水泵、风机的流量和风流是通过调节节流阀和挡风板完成的，其调节措施简单可行，虽能满足工作需求，但却起不到节能的效果。通过变频节能技术的运用对电流的转速进行控制，既满足工作需求又有节能效果。
2.4 在通风机中的应用
通风机被称为煤矿开采过程中的呼吸系统，是保障地下煤矿开采中空气畅通的重要手段，在煤矿开采中具有重要意义。随着地下煤矿开采深度的不断增加，通风机作为煤炭开采中的重要空气来源，应加大工作效率，保障矿井开采的安全。传统的通风机在开启前电流冲击对通风机的冲击性较大，造成地下煤矿的电压不稳定，同时对矿井中电力的使用产生较大电流冲击，加大电网的损耗速度，严重影响煤矿矿井中的整个电力设施。应用变频技术后能有效改善机械启动时产生的电流冲击，降低电阻压力，对矿井中使用的电力起到缓解作用，而变频器的使用不仅能提升通风机的软启动更能延长机器设备的使用年限。
2.5 在皮带机中的应用
皮带机是通过电机转动带动皮带运输，再将皮带上的煤沿皮带运输到目的地。在运转过程中需要通过传动滚筒与皮带的摩擦力来实现，目前大部分煤矿的皮带机装置是通过液力耦合器来实现皮带机软启动的，启动时因电机电流过大，造成电路电压急剧变化，甚至会加剧皮带的断裂、老化，其中耦合器在工作过程中产生的热能会使机器内部油温升高，造成机械磨耗，对机器设备安全造成影响。运用变频技术以后，能有效实现皮带机的软启动，提高机器在运行和启停过程中的稳定性，相比于传统耦合器，变频技术在整个工作过程中能源利用率得以提高，有效减少能源消耗，减少皮带传送过程中受到的阻力，减少机械发热对皮带运行带来的影响，同时也大大节约了设备的维修费用，具有良好的经济效益。
3 煤矿机电设備中应用变频技术需注意的问题？
3.1 正确安装和使用
（1）变频器的使用温度应控制在-10℃～50℃范围内，且海拔高度应小于1000m，严格按规定执行。
（2）切忌安装在经常发生振动的地点，如已安装，应立即采取防震措施；切忌安装在电磁干扰附近或是空气污染的环境下。
（3）变频器要保持良好通风，确保控制柜有足够的冷却风量。
（4）变频器与弱电控制设备应分开布置，在使用过程中需限制最低转速，避免频繁操作。
3.2 结合实际情况
变频器虽有节能高效、安全可靠的优势，但也存在噪声、振动大、价格昂贵等问题，对变频技术的应用要结合机电设备运行中的实际状况进行选择，是否有必要采用变频控制，以及变频器的工作电压、容量、频率和加减速时间等技术参数。
4 煤矿机电设备中变频节能技术的发展前景
变频技术在煤矿中的应用越来越多，对我国煤矿企业的发展带来了强大的技术支持，是未来煤矿行业发展的必然趋势。我国的矿产资源丰富，仍有许多煤矿要开发，且机电设备的种类和数量也越来越丰富，使得变频节能技术有较大可能应用于新的机电设备。目前，通过变频技术对一些老旧设备进行改造，以提高旧设备的利用率。且随着我国的电子信息技术的迅速发展，在煤矿机电设备和矿业结构的改造中，必然会运用网络化管理对变频技术进行控制，控制方式的多样化能使变频技术得到更好的更新。
参考文献
[1] 王李鹏.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用[J].中国高新技术企业.2015（28）：97-98.
[2] 路海英.煤矿机电设备变频节能技术的应用分析[J].电子技术与软件工程.2015（07）：138.
[3] 张文军.变频控制技术在煤矿机电设备中的应用分析[J].技术与市场.2014（11）：36+38.
[4] 纪小龙.变频技术在多种煤矿机电设备中的应用与展望[J].科技与企业.2013（17）：286.
[5] 张富亮.煤矿机电设备变频节能的技术探讨[J].内蒙古煤炭经济.2014（08）：127+134.