简论变频煤矿机电设备变频技术运用状况结论

摘要：加强煤矿机电设备变频技术的应用现状的研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对煤矿机电设备变频技术的应用现状进行了研究，具有重要的参考意义。
关键词：机电 现代化 煤矿 安全

0. 变频调速技术
变频调速技术就是完成变频调速系统调速传动任务的技术。它的主要内容包括了变频器的结构和工作原理、所用的功率器件、电动机运行的特性、调速系统所驱动的各类工作机械（即负载的特性和要求）。为了达到传动的转速转矩要求、保证静、动态性能稳定，还要应用各种控制技术。此外，消除变频器对外干扰和变频器实际应用的经验也是变频调速技术研究的范畴。总之，变频调速技术是电力电子技术、电气传动自动化、控制理论、计算机等多门学科的综合，也是一门重要的学科分支。因变频调速具有优点全面、适用面广等特点，所以说变频调速技术将是称为调速领域中的主要技术，并有统一调速领域之势。

1.变频调速的发展过程

1.1 变频器采用的电力电子器件

电力电子器件是决定变频器性能的关键，早期是晶闸管，由于它是半控器件，需要换相回路，后来被全控器件所取代。早期是晶闸管（SCR），被今天的全控器件所取代。今天的全控型器件，不仅可以自行开关，而且还可以提高功率；并能完善和提高变频器的各种功能。

1.2 线路结构

整个变频装置是由元器件和线路连接而成的，1990年以前，线路基本上是由模拟电路分立元器件组成的，只有少量数字电路和集成块。以后由大规模集成的数字电路逐渐增多，20世纪末就全面数字化；整流器、逆变器、SPWM波形形成、矢量控制等，都集成为一块，甚至集成为一体，因此装置体积越来越小，可靠性大大提高。

1.3 计算机的使用

20世纪90年代以后，计算机进入了变频器的结构和运行领域，提供多种功能：1）取代一部分模块的功能，如SPWM波形的生成，矢量控制的实时计算等；2）实现各种保护并且智能化，如自监

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控、自诊断；3）进行运行控制，如开机停机、加减速、正反转、制动等。总之，计算机配合模块及其他电气设备，进行协调、控制、通信、执行变频调速系统各项功能，成为系统的神经枢纽，目前正向网络化发展。

1.4 变频器主电路拓扑结构

应用最广的是交-直-交变频器的主电路拓扑结构是逆变器为六拍三相桥，一直保持了多年，20世纪90年代以后开发成功多电平电路如功率单元串联电路，改进了性能，扩大了适用面，如制作高压变频器及特大功率变频器。整流器原来是单一的半控和不控整流，90年代后发展为双SPWM和SVPWM，不仅便于作四象限运行，还能改善网侧的波形和功率因数。目前国外很多公司生产矿井提升机用的变频器，都采用了数字控制。如德国Ensdorf矿井提升机为双交-交变频器供电系统，由高速可编程序控制器执行数字控制和欧洲ABB公司技术，当时都是十分先进的技术，今天也被IGBT变频器供电取代。

2 变频技术在煤矿机电设备的应用现状

随着电力电子技术和控制理论的进步，变频技术在理论和应用方面都取得了较快的发展。在应用方面主要表现在以下几个方面：

2.1 变频技术在采煤机中的应用

采煤设备的特点是工作环境坡度大，设备需要经常开启或关闭，普通的两象限变频调速不能达到要求，因此应结合采煤设备的实际情况，提升采煤工作频技术的适用性。目前，我国的电牵引采煤机行走功率一般最大为 2×110 kW，而四象限交流变频技术的应用使得采煤机在牵引速度不变的情况下，达到了明显的节能效果。
该系统在原有两象限变频器的基础上改为四象限变频器，即在蒸馏电路模块用可控整流器代替全波整流桥，在发电状态下，将发生逆变的电路与整流电路互换，并回馈电量到电网，以达到调节的目的。
以鸡西东煤配件厂生产的 MG150/375-W 电牵引采煤机为例，其技术指标如表 1 所示。
由表 1 可以看出，该四象限变频器倾角可以达到 35°，截深达到 0.63 m，具有控制灵活、操作方便、速度调节可靠的优点。

2.2 变频技术在流体负荷设备中的应用

变频技术在流体负荷设备中的应用主要表现在风机和水泵上的应用。由于风机和水泵的负载转矩与转速的平方成正比，对过载能力要求不高，因此可选用普通功能型变频器。老式变频器在调速方面多采用截流方式，工作效率低，效果不理想，已不能适应目前矿井生产的需要。为保证矿井生产正常进行，泵和风机的设计都应留有足够的裕量。

2.1 变频技术在风机中的应用

目前，变频器在我国煤矿风机节能改造和新项目中得到越来越多的应用，同时出现了为煤矿特殊环境专门设计的变频调速装置。数据显示，2002 年国有重点煤矿通风机总量为 1
486 台，其中有一半左右的通风机平均通风效率不足 50%。改善后的风机有如下功能：
（1）系统自动化控制功能。plc 接到运行指令时，判断运行机号和运行方式。
（2）风量闭环控制功能。通过调节变频器输出频率，从而改变风机转速。
（3）电机过流保护功能。电机变送器将主回路电路电流信号转换后送入 CPU 内部功能存贮器，超过设定值即进行保护。

2.2 变频技术在水泵中的应用

据不完全统计，在我国有 5 000 多台大型排水泵，其年排水耗电量约为 30 亿 kW·h，占矿井总用电量的 1/3 左右，可见其耗电量之大。而变频技术的使用使得水泵实现了起停平滑、加减速适时的功能。因此，变频技术的应用对于改善我国矿用通风机、水泵的性能发挥了重要的作用。

2.3 变频技术在提升机中的应用

变频技术对于提高提升机的性能具有显著的作用。运用不同的频率，提升机减少了对机械的摩擦，在启动或停止过程中能够实现缓冲。当提升机带有的测速发电机给出超速信号时，变频器能自动减速，实现自动限速保护功能。当其给出“上行”或者“下行”命令时，若人员操作与命令不符，连锁功能就对此操作不响应，变频器不启动，实现连锁开机功能。
3 变频技术在煤矿机电设备中的应用展望变频技术在煤矿机电设备中的应用越来越广泛，但就目前我国的情况来看，变频技术还不成熟，应用不够普及。如美国B-E 公司已研发出露天开采的牙轮钻机，并加以应用，反响很好。而我国尚在开发试验之中，还未推广普及。因此，变频技术在我国煤矿机电设备中还有很大的提升与发展空间。
（1）推广面更广。煤矿机电设备种类繁多，性能各异，因此，解决好变频器设备的匹配问题，实现机电设备的高效运转，才能使变频器得到更广泛的应用。
（2）需求量很大。我国煤矿基数大，尤其是在西北地区。机电设备性能主要通过变频器来实现，这就会极大地推动变频技术的发展。
（3）专业化得以加强。煤矿的工作环境十分特殊，井下开采、爆破等工作均需要研发出特殊功能的变频器来配备装置，从而实现更多的功能。
（4）多功能、网络化的更新。电子技术的发展日新月异，煤矿机电设备改造过程中对变频器的使用和控制也会呈现多功能、自动化的趋势。
4 结语
通过对煤矿机电设备变频技术的探讨，阐述了变频技术的工作原理，分析了变频技术在煤矿机电设备中的应用，包括其在采煤机、风机、水泵以及在提升系统中的应用，最后对变频技术在煤矿机电设备中的应用进行了展望。希望通过本文的研究，能够为拓展变频技术的应用范围提供一些参考。
［参考文献］
［1］梁吉鹏.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用［J］.科技风，2008（11）
［2］贾永军.煤矿机电设备维修方式研究［J］.今日科苑，2010（8）