由于煤炭企業(yè)對電力的需求巨大，因此電力消耗在煤炭企業(yè)整體運營成本中的比重相當(dāng)大。根據(jù)杭州三科變頻器在各項目中多年積累的調(diào)查數(shù)據(jù)，可以分析出風(fēng)機、水泵、壓縮機、提升絞車、瓦斯抽放設(shè)備的用電量占煤礦生產(chǎn)總用電量的40%以上。如今，變頻調(diào)速技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)能夠有效解決控制過程單一、實時性差、自動化程度低等問題。

　　一、變頻調(diào)速技術(shù)的原理和節(jié)能效果

　　1、變頻調(diào)速技術(shù)的原理

　　交流變頻調(diào)速是近幾十年發(fā)展起來的新技術(shù)。由于其優(yōu)良的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果和在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域的廣泛適用性，被公認為最有前途的調(diào)速方法。變頻調(diào)速技術(shù)是微機技術(shù)、電力電子技術(shù)和電機傳動技術(shù)的綜合應(yīng)用。其基本原理是在功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)作用下，工頻交流電壓經(jīng)整流橋轉(zhuǎn)換成DC電壓，再由逆變器轉(zhuǎn)換成頻率和電壓可調(diào)的交流電壓作為交流電機的驅(qū)動電源，使電機獲得無級調(diào)速所需的電壓和電流。這是一種沒有附加轉(zhuǎn)差損失的有效調(diào)速方法。

　　在強弱電和機電一體化的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用電力電子技術(shù)、微技術(shù)和電機驅(qū)動技術(shù)，即交流變頻調(diào)速技術(shù)。這可以作為一種沒有附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式，同時電機可以獲得無級調(diào)速所需的電壓和電流。在能源危機中發(fā)展起來的變頻調(diào)速技術(shù)，可以有效地大大提高工作效率，因為它可以根據(jù)電機負載自動平滑地加速和減速。這樣，通過改變電機的供電頻率，變頻調(diào)速技術(shù)作為一種高效率、高性能的調(diào)速手段，可以實現(xiàn)有效的調(diào)節(jié)。

　　2.變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能效果

　　隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和大功率輸出技術(shù)的飛速發(fā)展，交流電機變頻調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進展，成為節(jié)約電能、改善環(huán)境和推動技術(shù)進步的主要手段，成為必然的發(fā)展趨勢。明顯的節(jié)能效果和優(yōu)越的調(diào)節(jié)性能使得變頻節(jié)能技術(shù)在我國煤礦的應(yīng)用越來越廣泛，技術(shù)也越來越成熟。大容量、多功能、高可靠性的變頻器在煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，為煤礦節(jié)約了大量電能，尤其是在流體負載方面，其節(jié)能率為20%~60%。變頻控制的原理是:用變頻調(diào)速電機實現(xiàn)真正的軟啟動和平滑調(diào)速，用VFD控制提高輸入電源的功率因數(shù)，在基頻以下恒轉(zhuǎn)矩輸出，輸出功率隨轉(zhuǎn)速變化。

　　二、變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的具體應(yīng)用以帶式輸送機為例。

　　1.煤礦生產(chǎn)中帶式輸送機的節(jié)能

　　帶式輸送機作為煤礦運輸?shù)闹饕O(shè)備，被廣泛應(yīng)用。隨著高產(chǎn)高效采煤工作面的發(fā)展，越來越多的長距離、大運量、高速帶式輸送機被設(shè)計、制造并投入運行。這些大型機器的使用，使得輸送機的沖擊負荷大、驅(qū)動電機輸出不均勻，導(dǎo)致電機過載等問題更加尖銳地暴露出來。帶式輸送機的啟動和運行方式是由轉(zhuǎn)子繞線降壓啟動后，繞線電機以工頻運行，然后通過液力耦合器切換到帶式輸送機。帶式輸送機的工作原理是帶式輸送機通過驅(qū)動輪轂靠摩擦力帶動皮帶運動，皮帶靠張力變形和摩擦力帶動物體在托輥上運動。皮帶是一種彈性儲能材料，在帶式輸送機停止和運行時儲存了大量的勢能，這就決定了帶式輸送機應(yīng)采用軟啟動方式啟動。

　　因此，對帶式輸送機的啟動和運行提出了以下要求:如果電動機在重負荷下直接啟動，則要求電源提供比正常運行時大6-7倍的電流，這樣電動機就會因電流過大和啟動時間過長而過熱燒毀；電網(wǎng)會因大電流過度降低電壓，影響其他設(shè)備運行；因此，需要新的驅(qū)動系統(tǒng)來降低電機啟動時的電流。目前大型帶式輸送機要求驅(qū)動系統(tǒng)能提供可調(diào)、平穩(wěn)、無沖擊的起動轉(zhuǎn)矩，以減少沖擊，從而改善整機受力，延長整機使用壽命，提高設(shè)備可靠性，即希望實現(xiàn)軟啟動。長距離帶式輸送機，如果啟動過快，拉緊裝置來不及拉緊，造成傳動滾筒打滑，導(dǎo)致發(fā)熱起火；對于傾角較大的上運帶式輸送機，如果啟動加速度過快，會造成物料滑動或滾動；這就要求可以控制啟動加速度，實現(xiàn)平穩(wěn)啟動。為了方便帶式輸送機的維護，希望能夠?qū)崿F(xiàn)低速帶檢運行。

　　綜上所述，要求驅(qū)動系統(tǒng)能適應(yīng)起動、運行和停止條件的要求，使帶式輸送機能平穩(wěn)起動和停止，高效運行，均衡驅(qū)動，安全可靠地工作。然而，目前我國煤礦大多采用液力耦合器來實現(xiàn)帶式輸送機的軟啟動。啟動時將液力耦合器的機械效率調(diào)至零，使電機空載啟動。雖然采用了轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻來提高起動轉(zhuǎn)矩和降壓空載起動，但電機的起動電流仍然很大，不僅會引起電網(wǎng)電壓的劇烈波動，還會引起電機內(nèi)的機械沖擊和發(fā)熱。同時，由于液力耦合器工作時間長，其內(nèi)部油溫會升高，金屬零件會磨損，出現(xiàn)泄漏和效率波動，不僅增加維修難度和成本，污染環(huán)境，而且很難解決多機驅(qū)動同一皮帶時的功率平均和同步問題。

　　2.變頻調(diào)速技術(shù)在帶式輸送機中的應(yīng)用

　　帶式輸送機變頻調(diào)速自動控制系統(tǒng)由PLC、變頻器、電流互感器、電流傳感器、核子秤、帶速傳感器和電機轉(zhuǎn)速傳感器等組成。，可以概括為三個部分:檢測單元、控制單元和執(zhí)行單元。

　　檢測單元:電流互感器和變送器獲取電機電流信號。由皮帶速度傳感器收集的皮帶速度信號被轉(zhuǎn)換成電壓信號。電機速度傳感器采集的速度信號被轉(zhuǎn)換成電壓信號。核子皮帶秤采集交通信號。所有信號都發(fā)送到核心模塊。

　　控制單元:當(dāng)PLC接收到檢測信號時，通過判斷和決策，完成帶式輸送機的啟動、功率平衡、節(jié)能和調(diào)速功能。同時，主控單元還具有斷帶、堆煤、撕帶、冒煙、打滑、溫度等故障保護功能。

　　執(zhí)行單元:變頻器接收PLC的頻率控制信號，根據(jù)給定的信號輸出相應(yīng)頻率的電壓給電機，實現(xiàn)電機的調(diào)速，完成帶式輸送機的各種功能。變頻技術(shù)改造后，帶式輸送機完全實現(xiàn)了帶式輸送機的軟啟動和軟停機運行方式，使帶式輸送機性能更加穩(wěn)定。

　　系統(tǒng)全程功率因數(shù)在0.9以上，大大節(jié)約了無功功率。采用變頻驅(qū)動后，系統(tǒng)總傳動效率比液力耦合器驅(qū)動提高5%~10%。改造后，系統(tǒng)可以根據(jù)負載變化自動調(diào)節(jié)輸出頻率和輸出扭矩，改變了以往電機在工頻下勻速運行的模式，很大程度上節(jié)約了電力能耗。而且四象限高壓變頻器的使用實現(xiàn)了帶式輸送機的能量回饋功能，進一步降低了帶式輸送機的能耗，液力耦合器的退出大大節(jié)省了設(shè)備的維護和維修費用。在節(jié)能環(huán)保方面更加完善。

　　三、結(jié)論。

　　目前，變頻調(diào)速已廣泛應(yīng)用于各煤礦，并取得了良好的運行效果。隨著新型電力電子器件的發(fā)展和性能的不斷提高，變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用將會發(fā)揮更大的作用，取得更顯著的經(jīng)濟效益。