引言
煤矿生产中的很多环节都消耗了非常多的电能，例如提升运输、井下通风、排风等环节。在这种情况下，变频器的应用为煤矿生产节能带来了福音，不仅提高了煤矿生产的效率和质量，也更好地节约了电能，起到了节能减排的重要作用。那么变频器的运行原理是什么？在实际煤矿生产中又是如何利用变频器进行节能的？在设计中又应采取何种措施来提升变频器的节能效果呢？下面让我们共同来探讨。
1、变频器及其工作原理
图 1 变频器的运行原理
变频器主要应用的是变频技术和微电子技术。变频器的基本工作原理是通过对电流频率的改变来控制交流电动机的电力控制设备。除了运行交流电机械设备之外，变频器还能够通过对电压和电源频率的改变来达到节能、速度调节的作用，有效降低了机械设备的能源消耗，为煤矿机电设备带来了更大的经济效益。除了能够节能之外，变频器还能够提供很多的保护功能，例如对于一些机电设备的过压、过载、过流等情况提供保护等。
2、变频器在煤矿机电设备中的应用
2.1 在带式输送机中的应用
现阶段，变频器在煤矿机电设备中的使用主要体现在带式输送机上，其主要运行原理是通过皮带的物理特性———弹性来实现的。当皮带处于静止或者运行的过程中，期间皮带蕴含了大量的能量，如果不在启动时增加一些软起动的装置，就会使皮带中的能量很快释放出去，如果产生过大的张力很容易使皮带被扯断。由于变频器的出现，这种现象得到了很大的缓解，并且通过其对带式输送机的改良，为企业带来了很多的经济效益和社会效益。主要表现在如下几个方面：
a) 变频器为带式输送机添加了软起动的模式，使得带式输送机在驱动的过程中缓慢启动，使皮带的张力不是一瞬间增加的，而是缓慢增加的，而皮带中的能量也在软起动中缓慢释放，有效防止了皮带在启动过程中断裂的情况；
b) 变频器的使用也使皮带输送机实现了多电机驱动时的功率平衡。在使用变频器进行驱动时，通常情况下采用的是 1 台电机 1 个控制装置的方法，当多台电机同时使用时，能够更好地实现了主控制和从控制，也同样实现了功率的平衡；
c) 变频器在皮带输送机中的使用能够起到降低皮带带强的作用，它有效地使皮带输送机的时间延长，降低了对皮带带强的要求，因此也间接地降低了对煤矿机电设备的造价投入；
d) 变频器在皮带输送机中的应用，能够更高效地提高机电设备的使用寿命，使设备的维护量和维护费用得到降低，并且皮带输送机在使用过程中对机械设备、零部件等都没有力的冲击作用，也大大降低了对皮带输送机的维修次数和维修工程量。
2.2 变频器在矿井提升设备中的应用
提升设备的主要功能是沿矿井井筒运出矿石、煤、废石或矸石，以及升降人员、设备和器材等，因此在使用过程中产生了很大的电能消耗，通过变频器的使用有效提高了电能的使用效率。矿井提升设备在整个煤矿生产中占有很重要的地位，其安全性和质量一直是保障煤矿生产安全，防止煤矿坍塌事故的关键。因此，在新矿井的设计和旧矿井的改造中，都将矿机提升电气设备放在首要的位置，经过多方面比较并根据矿井的具体情况，来选择适合煤矿生产的机械设备。采用变频器后，矿井提升设备的使用优势主要表现在以下几个方面：a) 变频器的应用使得矿井提升设备的控制精度增高，由于变频器采用的都是磁通矢量控制，使交流电机的调速性能与直流电机几乎相等，控制精度非常高；b) 采用变频机使得矿井提升设备的工作可靠性得到提高。变频器采用的是电气元件，与其它相比寿命较长。并且具备完善的保护功能，当其应用到矿井提升设备时，使得其工作的可靠性非常高；c) 变频器的使用也使得矿井提升设备的维护工作量降低，不仅提高了设备使用的效率，也大大降低了工作人员对其的养护和维修，降低了工作人员的工作强度；d) 变频器的使用使得其调速范围宽广，属于无级调速，低速时稳定性好。
3、变频器在煤矿设备中的节能体现
3.1 变频器在皮带输送机中的节能体现
采用变频器后，皮带输送机的节能效果主要体现在系统功率因数和系统效率 2 个方面：
a) 变频器的使用能够提高系统功率因数。在一般情况下，煤矿设备在设计时放的裕量比较大，在工作时绝大多数都无法满载运行，机电设备经常在满电压和满速度的情况下负载很小，有时还出现空载运行的现象，使得机械设备的使用效率过低，空载或轻载运行给整个皮带输送设备造成了很多不必要的电能损失。当变频机使用在皮带输送机后，基本上在皮带输送机的运行过程中，功率因素都达到了 0.9 kW 以上，使得运行的效率大大提升，使轻载、空载的现象基本消失；b) 变频器的使用能够提高系统效率。当变频器得到使用后，电机与减速器之间直接相接，减少了液力偶合器的使用。由于液力偶合器本身使用的是液体来进行转动的，使用效率相对较低，因此变频器的使用使整个皮带输送系统的效率提升了 5%～10%。
此外，矿井一般都远离变电站，不同时段的电压变动比较大，变频器本身具备稳定电压的功能，也间接发挥了节能的作用。
由此可见，采用变频器对传统的皮带输送机进行改造，不管是在煤矿机械设备的技术提升上还是在经济效益上带来的益处都是很大的，随着时代的发展，变频器也将更加广泛地应用于皮带输送设备中。
3.2 变频器在矿井提升设备中的节能体现
由于变频器的调速方式主要为转差功率不变型，在调速过程中的节能效果主要体现在如下 2 个方面。
3.2.1 提升过程中的节能
当矿井绞车处于提升的状态时，电机处于电动的工作状态，由于绞车属于恒转矩负载，变频器通过对其转速的调节实现了节能，当转速降低时就能够实现相对应程度的节能效果。
3.2.2 下降过程中的节能
当矿井绞车处于下降的状态时，电机是处于发电状态的，是一个将势能转化为电能的过程。当使用能量回馈型的变频器时，变频器就会将转化成的电能返回到电网中，实现了能量的节约。
4、结语
变频器在煤矿机械设备中的应用不仅体现在皮带输送机和矿井提升设备上，也同样运用于水泵、风机。绞车等煤矿设备中。现阶段，中国在这些煤矿设备中对变频器的使用还不够广泛，变频器在其中具有巨大的发展前景，其通过高效地将电能进行不同形式的转换，实现对电能的控制，对于煤矿生产有着重要的意义。随着时代的发展，相信会有更多的变频技术得到开发和应用，变频器将会得到更加广泛的应用。
(审核编辑: Doris)
