陕西彬长胡家河矿业有限公司陕西长武713602
摘要：变频调速技术是指通过优化交流电动机供电频率来实现调速的。变频调速具有较好的节能效果，调速方式合理，电动机故障率低，故变频调速技术在工业生产中的应用越来越广泛。煤矿企业在各个生产环节中涉及到大量功率不等的电动机，如提升机、皮带运输机、掘进机等，尤其是提升机和皮带运输机是煤矿运输系统的重要设备，同时也是主要的耗电设备。
关键词：变频调速技术；煤矿；运输系统；应用
引言
煤矿企业在进行煤矿采收及运输过程中，往往需耗费大量电力，这不仅将大大增加企业生产成本，也将造成严重的能源浪费。随着中国科学技术的不断发展，中国煤矿企业开始在机电中使用变频调速技术来提高煤矿机电的使用效率并降低能耗。此外，变频调速技术对煤矿运输系统有一定的保护作用，这将大大延长机电的使用寿命。由此可见，研究变频调速技术十分有必要。
1煤矿运输系统的基本特点及工作原理
1.1煤矿运输系统的基本特点
煤矿运输系统在工作过程中的特性主要为恒速负载，即，煤矿运输电机在运输煤炭过程中始终保持一定的速度，这对于传统的煤矿电机而言是一个较为困难的要求。由于传送带上煤炭重量不一，因此，电机保持相同速度需耗费的功率是不同的。除恒速负载之外，从操作角度上看，煤矿运输系统在工作过程中几乎无限接近于零功率，这无疑将大大降低煤矿运输系统的能耗。由此可见，煤矿运输系统较为复杂，由于煤矿系统为恒速负载，因此，变频调速技术可通过控制煤矿运输机电的转速从而降低煤矿运输系统产生的能耗，并使煤矿运输系统能长期低速运行。
1.2煤矿运输系统的工作原理
煤矿运输系统的工作主要分为以下五个步骤：加速、匀速、减速、爬行和停车。首先加速主要指从静态逐步转变到最高速的状态；其次匀速指运输设备在匀速状态下一直保持稳定的状态；第三减速指运输设备的速度开始逐渐呈现递减的趋势；第四是爬行，主要指当运输设备工作完后开始慢慢转变为静止。
当运输设备在进行工作时体现的特点主要为：在矿井中一定距离之间箕斗在运动时一直维持高速运转，进而更好的展开人员跟物资等的传送工作。只有使运输设备的保护装置跟机械性能等都达到最佳状态，才会保证其在工作时可以更加的安全高效。
2变频器控制方式
2.1V/F恒定控制
V/F控制可实现两个功能，一是能够改变设备电动机的工作电压；二是可以改变设备电动机的电源频率。而且，这两个功能可以同时实现，进而能够保证在电动机磁通量一定的情况下对其进行调速，这样一来电动机的实际功率和效率都能保持稳定。V/F恒定控制方法具有操作简单、方便等特点，但由于其在低速调节方面的性能较差，因此，无法对电动机的运行过程进行精准调节，所以这种控制方法多用于调节范围较大、精度要求低的场合。
2.2矢量控制
矢量控制，主要是对异步电动机的工作电流进行控制与调节，通过磁场定向原理对电动机的转矩电流与励磁电流进行控制，进而对电动机的转矩进行控制与调节。矢量控制的主要工作原理就是将异步电动机的定子电流分解成磁场电流与转矩电流，之后分别对两种电流进行控制，进而实现对定子电流的控制。矢量控制分为无速度传感器和有速度传感器两种方式。无速度传感器的矢量控制较为可靠，并且结构简单，但控制效果精度不高，因此适用于要求较低的工作场合。有速度传感器的矢量控制变频调速较为理想，优点如下：能够从零转速时控制速度，范围比较广；能够精确控制转矩；系统动态响应速度快；电动机加速性能优。
3变频调速技术在煤矿运输系统中的具体应用
煤矿运输系统是一个很复杂的机械系统，如果煤矿运输系统在重载高速的状况下启动制动功能，将导致煤矿运输系统的传送带产生很大的动态张力，这不仅将导致传送带的皮带滑动，且也将加剧传送带与驱动滚筒间的磨损，使皮带与轴之间的粘性系数大幅降低，这将大大地影响煤矿运输系统的工作。此外，因产生较大的动态张力，将导致整个传送带出现附加位移，这将严重威胁到工作人员的生命安全。
运输机的工作过程大致可分为以下三个阶段：初级阶段、起动阶段及运输阶段。在初级阶段，输送带需从静止状态转变为动态，因此，在传送带起动的一瞬间，传送带原本承受的静阻力将转变为动阻力，而由于阻力的增大，使输送带的初始张力不断增大，使整个传送带出现一定的震动。而在起动阶段，由于传送带皮带表面的张力在不断增加，使传送带在驱动滚筒的切入点能返回运输。运输阶段是煤矿运输系统中耗费时间最长的一个阶段。在运输阶段中，运输机往往因交流电机的缘故而处于一个不稳定的状态。在输送带出发时，输送带皮带表面往往会产生整个过程中最大的动态张力，在这种张力的作用下，将导致输送带产生粘弹性变形，同时，由于输送带在起动前后各个部分的静阻力值有一定的差距，因此，导致输送带在起动后各个部分静阻力在向动阻力转变的过程中的差值也各不相同，从而导致输送带将产生冲击。
冲击力造成的张力峰值不仅与输送带的长度、运行阻力有关，且还与输送带的力学性质有关。而变频调速技术能很好地解决这一问题，通过在煤矿运输系统中装入变频驱动装置来改变驱动装置的机械特性，从而使输送带输入电流能平稳变化，这将消除输送带皮带表面的张力峰值，使输送带不会轻易出现皮带滑动现象。输送带在工作时除了受静张力作用之外，皮带表面还会因速度变化而出现附加动张力，这将对输送带工作的稳定性造成一定的影响，甚至会损坏电机其他部分，从而导致输送带无法正常工作。而在电机运转过程中应用变频调速技术的话，将可改变电机启动转速特性。
变频调速装置可通过改变供电电压的频率大小而改变电机转速。工作人员可事先设定好时间范围，使电机转速能从零逐渐增大到运行速度，避免出现突然增速的状况，这不仅将避免输送带出现剧烈振动，而且也将减少运输机电机的能耗。目前，中国许多煤矿企业开始使用变频调速技术，从企业的反馈中可知，在煤矿运输系统中加入变频调速装置，不仅大大减少运输机系统发生概率的几率，而且也保证运输机多电机在驱动过程中的功率保持平衡。
4节能效果分析
变频调速节能效果好，其原因是变频器在电动机输出转速降低时效率依然较高，理论分析认为，当电动机额定转速时效率为0.97，75％额定转速时效率超过0.95，20％额定转速时效率不低于0.9。而液力耦合器随着电动机转速降低，其效率显著降低，如75％额定转速时效率不超过0.7，20％额定转速时效率仅为0.15左右。由此可知，变频调速对于矿井节能降耗，提高矿井综合经济效益具有显著的促进作用。
结语
变频调速作为发展前景良好的调速技术，逐渐被广泛应用于工业生产中。煤炭企业应用大功率电动机较多，利用变频调速技术对现有设备进行改造，可以大幅提高设备的控制精度，节约大量电能，同时还可有效降低设备故障率和损坏率。尤其是随着变频调速技术的不断提高和变频器的不断发展，煤炭企业应从企业发展的角度，积极推广应用变频调速技术，对于提高矿井智能化和自动化水平具有重要的意义。
参考文献
[1]何平.变频调速在煤矿主皮带运输系统中的应用[J].煤炭与化工,2017,40(07):135-136+139.
[2]朱振杰.交流电机变频调速控制系统研究[J].内燃机与配件,2017(14):133-134.
[3]宋梁亮.浅谈变频调速技术在煤矿运输系统中的节能应用[J].能源与节能,2017(12).
[4]何平.变频调速在煤矿主皮带运输系统中的应用[J].煤炭与化工,2017,40(7).