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[摘 要]合煤矿生产实际，对煤矿运输中变频调速系统的基本组成以及变频调速系统的应用进行探析。变频调速系统的应用可使皮带运输安全有效地运行，能够确保煤矿开采的顺利进行，同时对变频调速系统在煤矿运输系统中的应用分析与研究也给煤矿生产企业提供一些有价值的参考。
[关键词]煤矿；运输机；变频调速技术；
中图分类号：TD5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0318-01
交流电动机变频调速技术简单说就是根据三相异步电动机的转速随频率变化的特性，通过改变交流电机的供电频率进行调速的一种技术方法，因其有先进的调速方式和显著的节能效果，而得到了广泛应用。尤其是煤矿生产企业中变频器的应用更是广泛。在煤炭行业中使用的生产机械绝大部分是通过电动机来拖动的，如采煤机、运输机、提升机、风机、水泵等设备都采用电动机拖动，而运输机更是煤矿生产中的主要运输工具，在露天煤矿的煤炭作业中，最重要的环节就是运输机系统。该环节能否正常运行直接影响到整个系统的能力的发挥，因此，如何合理有效的对运输机系统进行正确的监控就十分重要。随着电力电子技术和通讯技术的发展，变频调速系统的性能也大大得到了提高。现在工业中应用的变频器技术已经具有性能高、功能多及小型廉价等特点，由于变频调速技术在煤矿提升机、锅炉鼓引风机等方面的优越表现，将其应用到煤矿运输机方面已是势在必行。本文说明把变频器应用到煤矿运输机系统的必要性，并以煤矿运输机系统为例，讨论变频调速技术在这方面的应用。
1 煤矿运输机和变频调速技术概述
1.1 变频调速技术原理
变频调速系统的组成结构主要包括电抗器、变频器主体以及辅助器件等.这些不同的器件之间相互配合.对电动机进行速度控制、故障保护等。变频器主体使用可控硅整流.并且若干个IGBT功率器件构成逆变器.之后交流供电经过上级开关进入到整流模块.进而形成直流.最后通过滤波电容把直流变成合适的电流频率、电压和相位，实现电动机的供电。依据异步电动机的转速公式n=60f/p（1-s）可以得出。s一定时，n与f成正比。根据这一特性，连续改变供电电源的频率就可以调节异步电动机的运行速率。但是。如果其中的f发生变化时，其它的参数也会变化.就会影响电动机运转，因而需要配合调节定子电压来解决这一问题，即U=E+IZ。
1.2 煤矿运输机的特点
在煤矿工作过程中.尤其是煤矿的材料实现了正常的运输.运输机具有均匀性的特点，但是负载的电阻会在一定范围内发生扭矩的改变.整个运输过程中。运输带的速度是一样的。从运输模式的角度来看，运输机的操作是属于零电源和零功率，或者接近负电源和零功率.运输长度由几十米到几千米甚至是几十千米的长度变化。在冬季工作的时候需要具备长期低速运行的功能。总体来看，煤矿运输机是一个复杂系统的设备，属于变频驱动系统，尤其是矢量控制系统具备良好的低常期运转和高速性能。
2 变频调速器在煤矿运输机的应用特点
2.1 具有软启动、软停止的特性
隔爆变频器的主要优点是可以调控其启动以及停止的时间，也就是启动时的加速度以及停车时的减速度都是可进行调整的。同时，还可以为皮带机匹配其具备的加减速时间，能够将皮帶机由于惯性作用起停引起的冲击减到最小，从而降低煤矿运输机由于冲击出现的损耗程度。
2.2 验带的功能
煤矿运输机大部分是以皮带机为主，进行检修的对象也主要是针对皮带机进行的。由于变频调速系统主要是无级调速的交流传动系统，因而可以在额定的带速范围内进行皮带机的验带。
2.3 具有功率平衡的特性
若想要保证皮带机系统内的同步性能，首先要将机头的各滚筒同步起停，还应当努力保障各滚筒之间的功率的平衡。若想要调整两电机的速度差，可以采用调整相应两个变频器的速度进行调节，也能够通过调整电机的速度差使电机电流值趋于平衡，因而具有功率平衡的特性。
2.4 具有自动调速、节电的特点
由于煤矿中煤的产量是极不均匀的，因而皮带机系统承受的负荷也是不均匀的。在负载较轻或无负载时，皮带机系统高速运转会对传动系统的磨损和破坏较为严重，同时也会耗费大量的电能，所以采用单独的控制系统就能够避免这个缺点，不仅可以控制皮带机的降速或提前升速，还能够节省大量的电能，降低运输中的损坏现象。
2.5 具有工频转换功能
若煤矿企业在不影响生产的情况下检修故障，就可以转换到工频旁路工作，不会降低企业的生产效率。在生产需要全速运行过程中，在变频器启动后也可选择换到工频工作，其优点主要是能够延长变频器电解电容的寿命。
2.6 具有平稳的重载启动特性
由于运输机在运煤的过程中需要考虑重载启动的能力，所以采用变频器则就可以有效控制重载，避免因急停车和再启动带来的负载冲击危险。因此，变频器在煤矿运输机的应用中具有平稳的重载启动特性。
3 变频调速技术在煤矿运输机中的应用
煤矿运输机的工作过程主要分为三个阶段：初级阶段、启动阶段和运输阶段。初级阶段主要是需要利用辊传动滑轮的静态阻力反应回来的时间来决定所需要的时间；启动阶段主要是带段开始运动的一瞬间，其静阻力突然变为动阻力的过程。在此过程中，由于阻力突然由静态变为动态，导致输送带截面内的动张力突然上升，具体表现为输送带的振动。启动过程中的运输主要是皮带张力在最初的张力基础之上增加；运输阶段中的运输机由于初级阶段的起动到一定额度的转速，因而会处于一种比较不稳定的状态，在其运输过程中往往会产生最大过程的动态张力。并且由于输送带为一粘弹性体，在力的作用之下难免会产生变形，加之又受其动张力的影响，所以对于运输带的某一段而言只有当两端的拉力差大于受到的静阻力时才会起动。当输入的驱动力发生改变时，会对输送带产生冲击，从而出现峰值张力。因此，只有通过变频调速技术调整驱动装置的特性，才能够有效消除峰值张力，减轻皮带机的损坏程度。
然而，在非稳定运动的状态之下，输送带不仅仅受静张力的作用，而且还受由于速度变化引起的附加张力的影响。尤其是当静张力与动张力相互叠加在一起的时候，就可能会引起驱动滚筒处运输机的张力急剧加大，引起运输机的不稳定运行甚至导致设施部件的损坏，导致运输机无法正常进行工作。所以，当加入变频调速技术就能够有效改变电压及频率等，达到整个启动过程的安全可靠运行，同时还能够延长输送机电机的使用寿命。同时，变频调速技术中包含的调整速度的功能，能够较为平均分配运输带的负荷，减少对输送带的磨损程度，还能够达到平衡功率的作用。
4 变频调速技术的应用前景
据相关研究报告显示，我国发电总量的66%都损耗在电动机上，而在工业生产中，大部分电动机被运用在风机、泵类、压缩机等类型的设备上，这些设备大多能够自行调速。将变频调速技术运用于该类电机中，可以节约大量的电能，因此无论是在新建电机项目以及技术改进电机项目中，运用变频调速系统的节能效果是非常突出的。
我国电动机大部分使用了十几年甚至几十年，而新电机的设计往往是采用传统的电机驱动方式，这就导致电机在实际运行过程中经常会出现负载率降低的问题。而如果在电机设计过程，结合变频调速技术，则能够实现电机良好的节能。
5 结语
采用变频调速技术改造后的传统煤矿的运输机电控系统，具有设备体积小、调速范围大、调速特性好、无级调速、效率和功率因数高等优点，具有明显的节能降耗作用，还能够创造巨大的经济效益和社会效益。实践证明，它不仅拥有较高的性价比，而且大大提高了皮带机的可靠性，降低了机械系统损耗，同时减少了运输系统的维护量，且节能明显，在煤矿中值得推广和应用。
作者简介
单仁平，男，1970年出生，辽宁凤城人，中共党员，大学专科学历，毕业于西安科技大学机电一体化，现任韩城矿业公司下峪口煤矿运输区副区长。
[关键词]煤矿；运输机；变频调速技术；
中图分类号：TD5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0318-01
交流电动机变频调速技术简单说就是根据三相异步电动机的转速随频率变化的特性，通过改变交流电机的供电频率进行调速的一种技术方法，因其有先进的调速方式和显著的节能效果，而得到了广泛应用。尤其是煤矿生产企业中变频器的应用更是广泛。在煤炭行业中使用的生产机械绝大部分是通过电动机来拖动的，如采煤机、运输机、提升机、风机、水泵等设备都采用电动机拖动，而运输机更是煤矿生产中的主要运输工具，在露天煤矿的煤炭作业中，最重要的环节就是运输机系统。该环节能否正常运行直接影响到整个系统的能力的发挥，因此，如何合理有效的对运输机系统进行正确的监控就十分重要。随着电力电子技术和通讯技术的发展，变频调速系统的性能也大大得到了提高。现在工业中应用的变频器技术已经具有性能高、功能多及小型廉价等特点，由于变频调速技术在煤矿提升机、锅炉鼓引风机等方面的优越表现，将其应用到煤矿运输机方面已是势在必行。本文说明把变频器应用到煤矿运输机系统的必要性，并以煤矿运输机系统为例，讨论变频调速技术在这方面的应用。
1 煤矿运输机和变频调速技术概述
1.1 变频调速技术原理
变频调速系统的组成结构主要包括电抗器、变频器主体以及辅助器件等.这些不同的器件之间相互配合.对电动机进行速度控制、故障保护等。变频器主体使用可控硅整流.并且若干个IGBT功率器件构成逆变器.之后交流供电经过上级开关进入到整流模块.进而形成直流.最后通过滤波电容把直流变成合适的电流频率、电压和相位，实现电动机的供电。依据异步电动机的转速公式n=60f/p（1-s）可以得出。s一定时，n与f成正比。根据这一特性，连续改变供电电源的频率就可以调节异步电动机的运行速率。但是。如果其中的f发生变化时，其它的参数也会变化.就会影响电动机运转，因而需要配合调节定子电压来解决这一问题，即U=E+IZ。
1.2 煤矿运输机的特点
在煤矿工作过程中.尤其是煤矿的材料实现了正常的运输.运输机具有均匀性的特点，但是负载的电阻会在一定范围内发生扭矩的改变.整个运输过程中。运输带的速度是一样的。从运输模式的角度来看，运输机的操作是属于零电源和零功率，或者接近负电源和零功率.运输长度由几十米到几千米甚至是几十千米的长度变化。在冬季工作的时候需要具备长期低速运行的功能。总体来看，煤矿运输机是一个复杂系统的设备，属于变频驱动系统，尤其是矢量控制系统具备良好的低常期运转和高速性能。
2 变频调速器在煤矿运输机的应用特点
2.1 具有软启动、软停止的特性
隔爆变频器的主要优点是可以调控其启动以及停止的时间，也就是启动时的加速度以及停车时的减速度都是可进行调整的。同时，还可以为皮带机匹配其具备的加减速时间，能够将皮帶机由于惯性作用起停引起的冲击减到最小，从而降低煤矿运输机由于冲击出现的损耗程度。
2.2 验带的功能
煤矿运输机大部分是以皮带机为主，进行检修的对象也主要是针对皮带机进行的。由于变频调速系统主要是无级调速的交流传动系统，因而可以在额定的带速范围内进行皮带机的验带。
2.3 具有功率平衡的特性
若想要保证皮带机系统内的同步性能，首先要将机头的各滚筒同步起停，还应当努力保障各滚筒之间的功率的平衡。若想要调整两电机的速度差，可以采用调整相应两个变频器的速度进行调节，也能够通过调整电机的速度差使电机电流值趋于平衡，因而具有功率平衡的特性。
2.4 具有自动调速、节电的特点
由于煤矿中煤的产量是极不均匀的，因而皮带机系统承受的负荷也是不均匀的。在负载较轻或无负载时，皮带机系统高速运转会对传动系统的磨损和破坏较为严重，同时也会耗费大量的电能，所以采用单独的控制系统就能够避免这个缺点，不仅可以控制皮带机的降速或提前升速，还能够节省大量的电能，降低运输中的损坏现象。
2.5 具有工频转换功能
若煤矿企业在不影响生产的情况下检修故障，就可以转换到工频旁路工作，不会降低企业的生产效率。在生产需要全速运行过程中，在变频器启动后也可选择换到工频工作，其优点主要是能够延长变频器电解电容的寿命。
2.6 具有平稳的重载启动特性
由于运输机在运煤的过程中需要考虑重载启动的能力，所以采用变频器则就可以有效控制重载，避免因急停车和再启动带来的负载冲击危险。因此，变频器在煤矿运输机的应用中具有平稳的重载启动特性。
3 变频调速技术在煤矿运输机中的应用
煤矿运输机的工作过程主要分为三个阶段：初级阶段、启动阶段和运输阶段。初级阶段主要是需要利用辊传动滑轮的静态阻力反应回来的时间来决定所需要的时间；启动阶段主要是带段开始运动的一瞬间，其静阻力突然变为动阻力的过程。在此过程中，由于阻力突然由静态变为动态，导致输送带截面内的动张力突然上升，具体表现为输送带的振动。启动过程中的运输主要是皮带张力在最初的张力基础之上增加；运输阶段中的运输机由于初级阶段的起动到一定额度的转速，因而会处于一种比较不稳定的状态，在其运输过程中往往会产生最大过程的动态张力。并且由于输送带为一粘弹性体，在力的作用之下难免会产生变形，加之又受其动张力的影响，所以对于运输带的某一段而言只有当两端的拉力差大于受到的静阻力时才会起动。当输入的驱动力发生改变时，会对输送带产生冲击，从而出现峰值张力。因此，只有通过变频调速技术调整驱动装置的特性，才能够有效消除峰值张力，减轻皮带机的损坏程度。
然而，在非稳定运动的状态之下，输送带不仅仅受静张力的作用，而且还受由于速度变化引起的附加张力的影响。尤其是当静张力与动张力相互叠加在一起的时候，就可能会引起驱动滚筒处运输机的张力急剧加大，引起运输机的不稳定运行甚至导致设施部件的损坏，导致运输机无法正常进行工作。所以，当加入变频调速技术就能够有效改变电压及频率等，达到整个启动过程的安全可靠运行，同时还能够延长输送机电机的使用寿命。同时，变频调速技术中包含的调整速度的功能，能够较为平均分配运输带的负荷，减少对输送带的磨损程度，还能够达到平衡功率的作用。
4 变频调速技术的应用前景
据相关研究报告显示，我国发电总量的66%都损耗在电动机上，而在工业生产中，大部分电动机被运用在风机、泵类、压缩机等类型的设备上，这些设备大多能够自行调速。将变频调速技术运用于该类电机中，可以节约大量的电能，因此无论是在新建电机项目以及技术改进电机项目中，运用变频调速系统的节能效果是非常突出的。
我国电动机大部分使用了十几年甚至几十年，而新电机的设计往往是采用传统的电机驱动方式，这就导致电机在实际运行过程中经常会出现负载率降低的问题。而如果在电机设计过程，结合变频调速技术，则能够实现电机良好的节能。
5 结语
采用变频调速技术改造后的传统煤矿的运输机电控系统，具有设备体积小、调速范围大、调速特性好、无级调速、效率和功率因数高等优点，具有明显的节能降耗作用，还能够创造巨大的经济效益和社会效益。实践证明，它不仅拥有较高的性价比，而且大大提高了皮带机的可靠性，降低了机械系统损耗，同时减少了运输系统的维护量，且节能明显，在煤矿中值得推广和应用。
作者简介
单仁平，男，1970年出生，辽宁凤城人，中共党员，大学专科学历，毕业于西安科技大学机电一体化，现任韩城矿业公司下峪口煤矿运输区副区长。