隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和世界能源緊缺客觀因素的影響,變頻節(jié)能技術(shù)得到了各國的高度重視,在我國,構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)的號(hào)角極大推動(dòng)了變頻節(jié)能技術(shù)在礦山、機(jī)械、電力等眾多行業(yè)的推廣。就煤炭企業(yè)而言,礦井各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的用電占到礦井(露天礦)企業(yè)用電量的70%-90%,具體來說,在未采用變頻節(jié)能措施前,水泵、風(fēng)機(jī)等流體負(fù)載,平均運(yùn)轉(zhuǎn)效率只有20%—50%,對(duì)礦井提升機(jī)、空壓機(jī)、采掘運(yùn)等動(dòng)力負(fù)荷變化較大的機(jī)電設(shè)備在啟動(dòng)、加減速、制動(dòng)和設(shè)備維護(hù)等方面的浪費(fèi)也是非常巨大。明顯的節(jié)能效果和優(yōu)越的調(diào)節(jié)性能使變頻節(jié)能技術(shù)在我國礦山中的應(yīng)用越來越廣泛,技術(shù)也越來越成熟。
　　

　　一、變頻技術(shù)的發(fā)展情況及原理
　　

　　隨著電力電子技術(shù)和控制理論的進(jìn)步,變頻技術(shù)在理論和應(yīng)用方面取得了較快的發(fā)展。在功率器件方面,經(jīng)過廠GTR、IGBT的更替,并進(jìn)一步發(fā)展為智能功率模塊(IPM),在控制理淪方面,壓頻比(U/o控制方式得到很大改進(jìn),矢量控制和轉(zhuǎn)矩直接控制方式在實(shí)際變頻器中廣泛麻用,模糊自優(yōu)化控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制方法成為新技術(shù)的研發(fā)方向;調(diào)速系統(tǒng)的集成度越來越高。從單片機(jī)開始,先后產(chǎn)牛了數(shù)字信號(hào)處理器(DPs),精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC),出現(xiàn)的高級(jí)專用集成電路(ASIC),在功能方面,變頻器的綜合化越來越高,除了能完成基本的調(diào)速功能外,具有內(nèi)置的可編程序、參數(shù)辨識(shí)及通信等功能。利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的電能控制裝置稱作“變頻器”。變頻調(diào)速就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。

　　
　　二、變頻技術(shù)在我國煤礦機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用分析
　　

　　(一)在采煤機(jī)中的應(yīng)用

　　目前,采煤機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)已從“一拖二”發(fā)展到“一拖一”,我國能量回饋型四象限運(yùn)行的交流變頸調(diào)速采煤技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平,國產(chǎn)電牽引采煤機(jī)行走功率最大2 x 110KW,變頻器電壓380V,能夠?qū)崿F(xiàn)額定轉(zhuǎn)速下恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速,額定轉(zhuǎn)速以上恒定功率調(diào)速及兩臺(tái)變頻器之間的主從控制和轉(zhuǎn)矩平衡。太原礦山機(jī)器集團(tuán)生產(chǎn)的MG丁Y300/730,!,1D電牽引采煤機(jī)使用了回饋制動(dòng)的四象限變頻器,從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來看,四象限變頻器調(diào)速電牽引采煤機(jī)對(duì)大傾角工作面能較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩,維持牽引速度基本不變,機(jī)器沒有發(fā)生下滑跑車的現(xiàn)象,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制靈活。操作方便、速度調(diào)節(jié)可靠。
　　

　　(二)在提升機(jī)中的應(yīng)用

　　在提升機(jī)的應(yīng)用上,例如,新柏煤礦公司選用交流四象限變頻調(diào)速系統(tǒng)。這是西北礦區(qū)首家選用交流四象限變頻調(diào)速技術(shù)的企業(yè),系統(tǒng)采用無速度傳感器矢量控制方式,四象限運(yùn)行,設(shè)有過壓、欠壓、過流、電機(jī)缺相等保護(hù)。風(fēng)光提升機(jī)變頻器作為提升機(jī)專用變頻器已有數(shù)百臺(tái)應(yīng)用于各大礦山,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制,設(shè)計(jì)有專門的控制軟件。同時(shí)具有很高的兼容性,提供了完善的輸入輸出接口電路,能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

　　
　　(三)在膠帶輸送機(jī)和電鏟中的應(yīng)用

　　興隆莊煤礦西上山膠帶輸送機(jī)采用四象限變頻調(diào)速技術(shù)后。解決了采用液力耦合器裝置時(shí)下行運(yùn)輸皮帶機(jī)在啟動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)中形成的電機(jī)失控。變頻器隨時(shí)將電機(jī)產(chǎn)生的負(fù)力回饋到電網(wǎng)中。減少發(fā)熱損耗。解決了機(jī)械系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)的沖擊問題,延長了設(shè)備的使用壽命。電鏟(挖掘機(jī))是露天礦山用于裝載礦、巖石的大型設(shè)備,其工作條件非常惡劣,特另U是在爆破不好的情況下挖根底作業(yè),經(jīng)常出現(xiàn)過大的沖擊載荷。甚至堵轉(zhuǎn)。上世紀(jì)90年代后期。我國有個(gè)別礦山從美國B--E公司引進(jìn)了變頻器一鼠籠型電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線的包絡(luò)面積大,四象限運(yùn)行,能快速地進(jìn)行加、減速、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)。
　　

　　(四)變頻技術(shù)在流體負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用

　　1、風(fēng)機(jī)中變頻調(diào)速的應(yīng)用

　　變頻器在我國煤礦風(fēng)機(jī)節(jié)能改造和新上項(xiàng)目中得到越來越多的應(yīng)用,同時(shí)出現(xiàn)了為煤礦特殊環(huán)境專門設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速裝置。據(jù)文獻(xiàn)介紹“楊村礦南風(fēng)井在風(fēng)機(jī)改造中,將原來JRQ,1510,]0型高壓繞阻式電機(jī)換為JSl57,!o型低壓鼠籠式電動(dòng)機(jī)。用一臺(tái)變頻器控制兩臺(tái)電機(jī)。改造后,實(shí)際轉(zhuǎn)速較改進(jìn)前最低轉(zhuǎn)速下降了7r/rain。電機(jī)實(shí)際輸出功率為改進(jìn)前前導(dǎo)器半關(guān)閉時(shí)的]/3風(fēng)量和風(fēng)壓更加適合礦井特性,每年可節(jié)約電費(fèi)約56萬元。實(shí)現(xiàn)了載波頻率調(diào)-整(2 50m)功能、風(fēng)電和瓦斯閉鎖功能、過流短路保護(hù)功能、超溫?cái)嚯姽δ芗斑h(yuǎn)程和實(shí)地控制功能。其性能達(dá)到防爆標(biāo)準(zhǔn),為我國礦山巷道掘進(jìn)的節(jié)能提供了有效手段。

　　2、泵中采用變頻調(diào)速的應(yīng)用

　　變頻調(diào)速在礦區(qū)給水、給液用泵中應(yīng)用靈活,明顯降低了設(shè)備的機(jī)械沖擊。增加了工藝系統(tǒng)控制的靈活性,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。中國礦業(yè)大學(xué)利用變頻器和PLC控制器,設(shè)計(jì)了一套煤礦井下排水泵站的監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)中變頻器靈活的控制抽水泵的平滑起停、適時(shí)加減速,保證了井下液位的恒定,降低了泵空轉(zhuǎn)時(shí)間和頻繁起停帶來的大量能耗,機(jī)械設(shè)備的損耗也相應(yīng)降低,PLC控制器的加入。對(duì)變頻器的自動(dòng)控制更加智能與靈活,保證了生產(chǎn)的安全高效運(yùn)行。