摘要:改革开放以来，我国矿业事业取得了长足发展，为强国之梦奠定了重要物质基础，但与此同时，也面临着“资源约束趋紧、产能利用率低、投入产出率低”等问题。以上问题严重制约矿业可持续发展，国家实施十三五期间，稳步推进供给侧结构性改革，对矿业提出了“加快传统矿业转型升级、提高矿产资源节约集约”的重要指示，矿业普遍问题是电力消耗大、用电效率低，如何有效解决此问题建立安全、绿色、高效、和谐的美丽矿井，成为我们煤矿人的首要目标。本文通过分析变频器在煤矿机电工程中的应用进行一定分析，在此基础上对进行提出下文。
关键词:变频技术;煤矿企业;机电工程;应用;分析
随着生产煤矿开采面数量不断增加与不断地开拓井巷，“采掘机运通”及排水系统的电力需求也不断提高，为使电力系统在负荷急剧增加的情况下依旧保持安全、经济、可靠运行成为一个关键问题。通常情况下，传统解决方式是扩增电力系统容量，但此方式成本昂贵。因此平衡传统方式单一扩增电力容量与设备端增设变频设备技术改造两者相结合成为比较理想经济选择。本文首先分析变频设备工作原理和结构，其次分析变频器在煤矿中的应用，最后对变频器在当今企业重要性进行论述。
1关于变频设备工作原理
变频器的基本作用就是将工频(我国50Hz)电源变为电压与频率可调的三相交流电。按变频器的工作原理将其分为交—直—交变频器和交—交变频器两种。交—交变频器是将工频交流直接变换成电压和频率均可控制的交流电。而交—直—交变频器则是先将工频交流电通过整流器变为直流电，然后通过逆变器变换成电压和频率均可控制的交流电。交—直—交变频器的基本构成如图1，由主电路、整流器、中间直流环节、逆变器及控制电路组成。(1)整流器作用是将三相或单相交流电整流成直流电，其输入为正弦波输出为非正弦波且带有丰富的谐波。(2)中间直流环节又称中间直流储能环节用于缓冲与电机之间的无功能量的缓冲。(3)逆变器作用是将直流电转变为可调电压和频率三相交流电输出，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦。交流电动机的同步转速表达式位:n=60f(1－s)/p式中n异步电动机的转速，f异步电动机的频率，s电动机转差率，p电动机极对数，转速n与频率f成正比，通过改变频率f即可改变电动机的转速，变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，变频调速的核心原理是保持电机磁通恒定进而确保电机有效工作从而达到理想的调速功能和经济效果。变频调速核心有两种，一种是“V/F控制”，特点是简单实用、使用广泛、性能一般，其主要原理是通过保证输出电压及频率恒定就能近似保持电机磁通恒定，但低频时定子阻抗压降会导致磁通下降，此时需将输出电压适当提高保持磁通稳态。二是“矢量控制”，其特点是性能优良、可与直流调速相媲美。其原理是采用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电流分量和转矩电流分量的解耦控制从而保持电机磁通的恒定。
2变频器在煤矿中的应用分析
变频器作为一种高效节能设备在通用设备范畴中广泛应用在含有电机的设备诸如水泵、风机等设备上，为节能降耗发挥了重要作用。在我国矿山企业，变频器除在以上通用设备广泛应用外，还在矿业专用设备诸如提升设备、输送设备发挥着节能作用。在我国矿山企业(露天矿除外)，矿井开拓方式多采用斜井形式。在双提升井筒开拓方式中，主井(输送机)担负输煤，副井(提升机)担负设备、材料、矸石等辅助提升，副井提升机是沟通井上下的纽带，其用电量占矿山耗电量10～15%，以5米直径滚筒单绳缠绕式提升机为例，其最大静拉力260kN最大静拉力差180kN，最大提升速度14m/s。由于提升负载多变且提升机驱动力范围大，出于对提升安全的考虑针对不同性质、重量、输送要求的设备材料有相应提升速度，这就对提升机电机的调速和功率输出提出比较高的要求。而带式输送机广泛用于煤矿地面、井下和选煤厂，带式输送机常以多台衔接，构成完整连续运输系统。带式输送机工作原理是以输送带按预定方式缠绕在若干个滚筒件，并使之张紧，再由其中的传动滚筒摩擦驱动，拖动输送带沿着由托辊组成的滚道作连续循环运行。物料在收料点送入输送带，随带位移，至卸料点卸下，实现物料的定距输送。因带式输送机启动、制动及输送不规律重量料时需电机根据情况进行调速和功率输出。以上煤矿专用设备关键问题都集中在调速和功率输出。煤矿用提升机、输送机其构成电机按性能不同可分为直流电机、同步电机、异步电机。采用直流电机的提升机、输送机具有较大的启动转矩和良好的启、制动性能并且在较宽范围内实现平滑调速，但缺点也十分明显其结构复杂、价格贵、维护成本高。采用同步电机的提升机、输送机具有转速恒定及功率因数可调的优点但其缺点也较多首先结构复杂其次价格昂贵再次启动麻烦最后是维护成本高。采用异步电机的提升机、输送机在各行业使用广泛，其优点是结构简单、价格低廉、运行可靠、维护方便。但相比直流电动机其启动性能和调速性能差，而与同步电机相比其功率因数不高。传统矿井使用异步电机的提升机通常采用电阻调速，而这种调速方式有两点明显缺点一是在调速过程中电阻热功率大电能损耗多，二是调速功能差有明显的的迟滞感和阶梯性。为了到达节电降耗传与后期维护运行两者的最优经济效果，采用异步电机提升机配用相适变频器成为首选。
3频器在现在企业的应用
随着变频技术的发展，为满足了可调速、启动转矩大等多项要求，变频设备在当今衍生出启动电流限制功能、转矩提升功能、多段速运行功能、柔启动柔停车功能、直流制动功能、能量回馈功能、多点异地控制功能，缺相、过载、过流、过压、过热、欠压等全方位保护功能，变频技术的大规模应用是现代化企业对原始启动、调速的一场革命。变频技术在获得了自动化控制的同时给企业带来了安全、环保、节能、减少故障率、减轻劳动强度等方面的益处。
参考文献:
［1］张洪革．变频技术在现代煤矿机电工程中的应用实践［J］．建材与装饰，2017(15):188-189．
［2］杨新宜．变频技术在现代煤矿机电工程中的应用实践［J］．能源与节能，2017(02):166-167．
