摘要：煤炭行業正在快速向生產高效化、設備自動化、環保綠色化發展，先進的科學技術應用必不可少，而提升機、采煤機、膠帶輸送機等作為煤礦原煤生產主要設備，正向大功率、高電壓、大產能發展，但煤礦生產受地質影響，采出和運輸不均勻性，直接影響機電運輸系統高效運行，不均衡的負載波動使設備電動機的有功功率成不規則波形曲線變化，而目前我國煤礦部分機電設備仍采用軟啟恒速或直接啟動方式運行，這樣即使輕載或空載運行，設備都以額定功率輸出，無功功率高，電機運行效率低，電能浪費大，生產成本顯著增加。因此，變頻設備在煤礦生產系統中的應用成為了解決該問題的主流課題。

　　關鍵詞：變頻設備;煤礦機電運輸;應用;研究

　　引言

　　在國家和煤炭行業注重節能環保和經濟效益的背景下，機電設備的發展不僅要提升煤炭的生產質量，更要保障煤礦生產安全和經濟效益，目前，我國煤礦機電運輸系統正在逐步實現機械化、自動化，但其中也存在一些問題，如集成化程度低，系統不能根據負載情況及時調節輸出等，因此，先進的科學技術應用及研究對煤礦企業提質增效、節能環保具有長遠的影響，變頻設備在煤礦機電運輸系統中的應用，為煤炭行業安全生產、提質增效、節能環保提供了有力的技術保障。

　　1.變頻節能技術基本原理

　　變頻器電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制系統4部分組成。變頻節能技術基本原理是利用半導體元器件將工頻交流電源通過整流轉換成為直流電源，再利用逆變器把直流電源轉換成為頻率、電壓均可控制的交流電源，供給電動機來實現對電動機轉速的時時控制，進而實現對機械設備運行狀態的調節。

　　2.在煤礦機電運輸系統中應用變頻設備的主要原因

　　隨著我國經濟、科學技術等方面的不斷進步，有效的帶動了我國煤礦企業向自動化、高效化、節能化發展，煤礦企業要保持穩定的發展態勢，就必須做到與時俱進、自我革新、淘汰傳統生產經營方式及設備，特別是耗能高、產能低、自動化水平低的生產設備。防爆變頻設備的出現，一方面符合當前社會倡導的可持續發展戰略要求，另一方面也是提高企業經濟效益的重要保證，最關鍵的是變頻設備的應用，實現多電機，多系統聯鎖控制，保證了電氣設備始終具備充足的動力又不出現能源浪費，解決了設備耗能高、產能低、自動化水平低的問題

　　3.變頻設備在煤礦機電運輸系統上的應用

　　3.1變頻設備在煤礦提升機中的應用

　　傳統提升機調速主要通過降電阻接入電動機轉子電路實現，但現實運用中安全隱患多、耗能高，調速控制精度低。隨著科學技術和裝備制造業的發展，近年來提升機配套變頻設備廣泛應用于現代化礦井。麥垛山煤礦副立井提升系統使用洛陽中重自動化工程有限責任公司生產的JKMD-5.5×4(Ⅲ)型多繩摩擦式提升機，電控系統配套西門子SM150型交直交變頻器，直聯TDBS2500-24型(額定電壓3150V)低速交流同步電動機單機拖動，主控系統使用西門子Simatic S7-400 PLC+FM458模塊組成。

　　頻器采用先進的矢量控制技術和優化脈沖電路，實現IGCT以較低的頻率獲得驅動同步電機極高品質的轉矩，保證了在整個提升過程中提升機的速度精確控制和平穩運行，速度實際曲線平滑變化，實現加/減速度的平滑變化，對鋼絲繩和其他機械設備不會產生不必要的負載疊加。同時可利用正反饋和四象限工作，當提升機處于下放狀態時，電機處于發電狀態，將勢能轉化為電能回饋給電網，進一步實現節能降耗。

　　提升機主控系統的邏輯連鎖控制和保護控制由S7-400PLC實現，工藝控制由FM458控制器實現，協調管理提升機的操作和報警任務，通過檢測提升容器在井筒中的準確位置、井筒開關信號、提升容器行程及運行速度的基礎上，實現提升全過程位置、速度監控，進而實現提升機高效自動控制運行。

　　2.2變頻設備在采煤機中的應用

　　目前國內采煤機裝備中交流變頻調速技術應用已經達到國際先進水平，特別是能量回饋型四象限變頻器，控制模塊核心采用先進的 DSP與ARM處理器，不僅變頻效率高，而且實現了額定轉速下恒功率調速、額定轉速下恒轉矩調速。麥垛山煤礦綜采工作面使用天地科技公司生產的MG750/1920-WD 型新一代雙滾筒采煤機，其牽引控制系統中使用具有能量回饋單元的四象限變頻器。

　　額定工作電壓AC660V、額定功率2×200KW，采用“一拖一”結構，變頻器主控單元通過通訊方式將牽引電機電流傳輸至采煤機主控系統，實現對兩臺變頻器的之間的轉矩平衡與主從控制，變頻器配置有專用的能量再生單元，當采煤機工作在大傾角工作面時，牽引電機會在電動(一、三象限)和發電(二、四)兩種狀態下運行。當采煤機沿大傾角工作面下行時，牽引電機工作在發電狀態，電機發出的能量將返回到變頻器通過能量再生單元回饋電網，確保變頻器輸出足夠制動功率，同時實現能量再生利用。

　　2.3變頻設備在膠帶輸送機中的應用

　　隨著國家對低產低效煤礦淘汰升級，煤礦正在向高產高效以及智能化方向發展，采掘設備生產能力大幅提高，為適應高產高效及智能化礦井發展，降低原煤運輸成本，礦井對大型帶式輸送機的需求迅速增長，帶式輸送機朝著長距離、大運量、高速度、大功率方向發展，傳統液力耦合器、CST、軟啟動器等調速設備存在工頻恒功率運行耗能大、多機驅動功率不平衡、調速和起動制動過程不平穩容易造成膠帶和滾筒之間打滑等缺陷。而運用變頻器對帶式輸送機驅動可很好的解決以上問題，實現帶式輸送機的軟起動、軟停車，多電機驅動時速度同步和功率平衡。

　　麥垛山煤礦主運輸系統全長9.5公里，采用四條帶式輸送機搭接運輸，全部采用變頻器驅動，其中主斜井帶式輸送機長1667m，運量2100t/h，輸送帶帶寬1.6m，傾角200，驅動電機功率3*2000KW，配套ABB公司ACS5060型變頻器，從2013年至今運行穩定可靠。近年來隨著永磁驅動技術發展應用，麥垛山煤礦綜采工作面順槽帶式輸送機使用功率為3*630KW的永磁電機，配套輸出功率為3*800KW變頻器驅動帶式輸送機，永磁電機與驅動滾筒直連，省去了減速器、耦合器、CST等中間傳動環節，進一步減小了設備維護量和機械磨損，達到節約電能和延長設備使用壽命的目的，改善了生產工藝，取得了良好的效果。

　　建筑論文范例：煤礦井下自動排水系統的節能優化

　　結語

　　變頻設備除在以上機電運輸系統中應用外，還在礦井供排水系統、主通風系統、局部通風系統、綜采工作面刮板機和轉載機、乳化液泵站中得到廣泛使用。隨著科技的進步，我國煤礦企也經過了較長時間的發展，目前所處的市場競爭環境越發的嚴峻，煤礦企業要想保持可持續發展態勢，就必須做到緊跟科技發展步伐，積極調整過去落后的生產方式和設備，尤其是煤礦機電運輸系統，更應該全面的推廣應用變頻節能設備，一方面能夠降低機電設備所引發的安全事故，另一方面能夠促進企業生產效率的快速提升，實現企業高效、綠色可持續發展。

　　參考文獻：

　　[1]于淑珍.探討我國煤礦機電設備中變頻節能技術的應用[J].黑龍江科技信息,2020,11(4):76.

　　[2]溫勇.煤礦機電設備中變頻節能技術的應用分析[J].河南科技,2013(15):117-118.

　　[3]天地科技MG750/1920-WD型交流電牽引采煤機說明書(電氣部分)

　　[4]麥垛山煤礦礦井初步設計說明書

　　作者：楊宏 1 楊華 2