徐永飞汾西矿业集团公司贺西煤矿上机电队033305
摘要本文主要通过介绍变频技术的原理和特点，以及在煤矿空压系统、排水系统、提升系统等方面的应用，详细阐述了变频技术的节能效果和优越的调节性能。
关键词变频技术煤矿提升机排水空压机
变频，就是改变电源频率，是20世纪80年代出现的一种高新技术，通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自我调节。据调查，变频调速不仅能优化调速性能，还能实现节能降耗，一般能节电30%左右。而煤矿作为当今工业生产的耗能大户，其节能降耗已经成为人们共同关注的焦点。煤矿生产中，排水系统、煤矿提升系统、空压机系统等都采用大型用电设备，运行都采用交流电机，容量较大，这些设备的用电量占整个煤矿生产用电量的80%以上。所以，利用变频技术对煤矿生产中的通风系统、排水系统煤矿提升系统、空压机系统等设备进行技术改造，提高控制系统的自动化水平的同时还能降低能耗，节约成本，为企业谋取更多的经济利益和社会利益。
一、变频技术的特点
目前，绝大多数变频器为交-直-交型变频器，是众多高新技术的综合应用，包括计算机技术、电子技术和传动技术等。其原理为：通过半导体对器件的开关效应，将一系列的直交电流相互转换，将工频电源转换成另一频率的电能，实现对电动机的驱动控制。变频技术的特点具体体现在以下几个方面：
1.启动平稳。煤矿供电系统具有很多不足的地方，会对设备造成很大的伤害。虽然有些矿井采用自耦减压器启动或软启动，但在启动的那刻会使整个电压下降，大大影响了整个矿井机电设备的运行；而且井下设备突然获得很大的电流不仅会造成设备的损害，还有可能引发触电，为井下作业增添了很多不安全因素。而采用变频技术启动时转矩大，不会出现波动，能够实现平稳启动，不会出现以上不良情况，安全可靠。
2.调速功能好。通过变频对电机控制主要是根据电机负荷的变化和实际工艺参数的变化，来实现电机的转速调整，从而达到电机运行的稳定性。这样不仅降低了电机的损耗，还能使调速系统自动补偿，提高了电网系统的功率因素，降低了无功损耗，可靠、高效。
3.节能降耗。变频技术通过改善工艺流程，提高产品质量性能，使得电机所需的物料流量、压力达到最佳参数，不仅减少了不必要的浪费，而且还降低了调速本身的消耗，节省了稳定速度设备和反馈控制设备。
二、变频技术在煤矿中的应用
1.变频技术在煤矿排水系统中的应用
矿井排水设备是将井下地下水排出地表，保障井下正常工作的关键设备，其工作效率直接影响了整个矿井生产发展，所以采用变频器对水泵进行控制，提高其工作效率也是非常有必要的。
水泵控制采用变频器V/F方式控制，即变频器在改变输出频率的同时，还要控制变频器的输出电压，其应用原理：变频器控制多台水泵，每台水泵既可以常规模式下工作，也可以在变频模式下工作。通过现场的水位传感器将水压信号传至调节器，根据调节器的设定值和报警设定值进行比较，然后将信号传给PLC和变频器，从而达到系统泵的启停。当水压低于报警设定下限值，调节器传给PLC一个压力下限信号，PLC启动变频器，使其中一台泵处于变频状态，经过一段时间的调节，若压力还低，此泵改为工频状态，使另一台泵处于变频状态，若压力还低，以此类推。当压力达到报警设定上限值时，降低调节器的输出值，变频器频率降低到设定值，将一个频率信号传给PLC，然后PLC根据先启先停原则停泵。系统可以采用低俗启动，高速运行的方式来提高运行效率。
2.变频技术在煤矿空压系统的应用
空压机是煤矿的固定设备之一，通过产生压缩空气，给煤矿井下的凿岩机、风镐、喷浆机等风动设备提供动力，耗电量也非常大。在实际生产中，介于煤矿条件的特殊性，无法做到每个掘进工作面在同一时间使用风动设备，所以耗气量也在不断的变化，供风压力也将随之产生大幅度的波动，使得供风压力精度达不到要求，而且频繁的调节、打开和关闭放气阀，也会增加风阀的磨损，增加维修量和成本，大大缩短泄压阀的寿命。
空压机采用变频调速系统，可以根据变频器输出频率可调的交流电压作为空压机的电源电压，从而改变空压机的转速来达到各种风动设备的需要，其原理如下：首先测得风包压力值和压力的设定值相比后的差值，然后经过PID调节器计算出变频器作用于异步电机的频率值，变频器输出相应的频率和幅值来达到对空压机转速的控制，从而达到对不同风动舍不得有效控制。
变频器通过开关控制压力闭环控制和开环控制手动调节两种方式，正常工作时，采用闭环控制方式，通过压力变送器检测空压机实际供风压力并与其设定值对比，将得到的差值来调节空压机的转速，保持空压机供风压力保持恒定；当压力变送器发生故障时，操作人员也可以根据变频器控制柜上显示的供风压力设定的电位器和数字显示，手动调节电机转速，在一定范围内调节空压机的供风压力；变频控制柜也设有变频故障复位按钮，将空压机原有的监控装置接点引入变频器控制回路进行联锁，当空压机压力、温度等参数超过限定值时，系统自动停止变频系统运行。
4.变频技术在煤矿提升系统中的应用
提升机作为矿山大型固定设备之一，是井下和地面的主要运输工具，以往采用交流绕线式电机转子串电阻调速控制系统，在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，很难实现恒减速控制，还容易导致接触器、电阻器、绕线电机电刷等的损害，增加了设备故障率，影响生产效率。而变频调速可以实现提升机恒加速和恒减速控制，避免提升机过卷和过放事故的发生，还具有显著的节能效果。
变频调速对提升机的控制如下：提升机应用过程中，变频器可以通过改变电机输入电源的频率来调节电机转速，从而满足提升机的恒加速和恒减速无级调速的要求，实现真正意义上的软启动和平滑调速；行程控制方面，将提升机的升降过程分成加速过程阶段、等速过程阶段和减速过程阶段的行程区间，用不同的变频调速控制提升机的升降速度，这样可以很好的防止提升机过卷、过放、脱轨和翻车等事故发生，提升了提升机的安全工作系数。
综上所述，我们看到了变频技术在矿井应用中明显的节能效果和优越的调节性能，然而它也不是十全十美的。变频过程中是一个非线性的过程，必须要求电流电压的谐波大于工频50Hz，若遮掩不过就会导致电机发热，磨损加大，甚至破坏电机，会对电网造成干扰污染。所以在煤矿中安装很多变频设备的同时，还要安装一些净化电网设备，这样才能提高电能的质量，减少损耗和事故的发生。另外，变频设备价格昂贵，对于电网电价偏低的地区来说，使用变频设备性价比低，还需要投资方慎重考虑。
参考文献
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