变频设备在煤矿机电运输系统中的应用与研究

　　摘要：煤炭行业正在快速向生产高效化、设备自动化、环保绿色化发展，先进的科学技术应用必不可少，而提升机、采煤机、胶带输送机等作为煤矿原煤生产主要设备，正向大功率、高电压、大产能发展，但煤矿生产受地质影响，采出和运输不均匀性，直接影响机电运输系统高效运行，不均衡的负载波动使设备电动机的有功功率成不规则波形曲线变化，而目前我国煤矿部分机电设备仍采用软启恒速或直接启动方式运行，这样即使轻载或空载运行，设备都以额定功率输出，无功功率高，电机运行效率低，电能浪费大，生产成本显著增加。因此，变频设备在煤矿生产系统中的应用成为了解决该问题的主流课题。

　　关键词：变频设备;煤矿机电运输;应用;研究

　　引言

　　在国家和煤炭行业注重节能环保和经济效益的背景下，机电设备的发展不仅要提升煤炭的生产质量，更要保障煤矿生产安全和经济效益，目前，我国煤矿机电运输系统正在逐步实现机械化、自动化，但其中也存在一些问题，如集成化程度低，系统不能根据负载情况及时调节输出等，因此，先进的科学技术应用及研究对煤矿企业提质增效、节能环保具有长远的影响，变频设备在煤矿机电运输系统中的应用，为煤炭行业安全生产、提质增效、节能环保提供了有力的技术保障。

　　1.变频节能技术基本原理

　　变频器电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制系统4部分组成。变频节能技术基本原理是利用半导体元器件将工频交流电源通过整流转换成为直流电源，再利用逆变器把直流电源转换成为频率、电压均可控制的交流电源，供给电动机来实现对电动机转速的时时控制，进而实现对机械设备运行状态的调节。

　　2.在煤矿机电运输系统中应用变频设备的主要原因

　　随着我国经济、科学技术等方面的不断进步，有效的带动了我国煤矿企业向自动化、高效化、节能化发展，煤矿企业要保持稳定的发展态势，就必须做到与时俱进、自我革新、淘汰传统生产经营方式及设备，特别是耗能高、产能低、自动化水平低的生产设备。防爆变频设备的出现，一方面符合当前社会倡导的可持续发展战略要求，另一方面也是提高企业经济效益的重要保证，最关键的是变频设备的应用，实现多电机，多系统联锁控制，保证了电气设备始终具备充足的动力又不出现能源浪费，解决了设备耗能高、产能低、自动化水平低的问题

　　3.变频设备在煤矿机电运输系统上的应用

　　3.1变频设备在煤矿提升机中的应用

　　传统提升机调速主要通过降电阻接入电动机转子电路实现，但现实运用中安全隐患多、耗能高，调速控制精度低。随着科学技术和装备制造业的发展，近年来提升机配套变频设备广泛应用于现代化矿井。麦垛山煤矿副立井提升系统使用洛阳中重自动化工程有限责任公司生产的JKMD-5.5×4(Ⅲ)型多绳摩擦式提升机，电控系统配套西门子SM150型交直交变频器，直联TDBS2500-24型(额定电压3150V)低速交流同步电动机单机拖动，主控系统使用西门子Simatic S7-400 PLC+FM458模块组成。

　　频器采用先进的矢量控制技术和优化脉冲电路，实现IGCT以较低的频率获得驱动同步电机极高品质的转矩，保证了在整个提升过程中提升机的速度精确控制和平稳运行，速度实际曲线平滑变化，实现加/减速度的平滑变化，对钢丝绳和其他机械设备不会产生不必要的负载叠加。同时可利用正反馈和四象限工作，当提升机处于下放状态时，电机处于发电状态，将势能转化为电能回馈给电网，进一步实现节能降耗。

　　提升机主控系统的逻辑连锁控制和保护控制由S7-400PLC实现，工艺控制由FM458控制器实现，协调管理提升机的操作和报警任务，通过检测提升容器在井筒中的准确位置、井筒开关信号、提升容器行程及运行速度的基础上，实现提升全过程位置、速度监控，进而实现提升机高效自动控制运行。

　　2.2变频设备在采煤机中的应用

　　目前国内采煤机装备中交流变频调速技术应用已经达到国际先进水平，特别是能量回馈型四象限变频器，控制模块核心采用先进的 DSP与ARM处理器，不仅变频效率高，而且实现了额定转速下恒功率调速、额定转速下恒转矩调速。麦垛山煤矿综采工作面使用天地科技公司生产的MG750/1920-WD 型新一代双滚筒采煤机，其牵引控制系统中使用具有能量回馈单元的四象限变频器。

　　额定工作电压AC660V、额定功率2×200KW，采用“一拖一”结构，变频器主控单元通过通讯方式将牵引电机电流传输至采煤机主控系统，实现对两台变频器的之间的转矩平衡与主从控制，变频器配置有专用的能量再生单元，当采煤机工作在大倾角工作面时，牵引电机会在电动(一、三象限)和发电(二、四)两种状态下运行。当采煤机沿大倾角工作面下行时，牵引电机工作在发电状态，电机发出的能量将返回到变频器通过能量再生单元回馈电网，确保变频器输出足够制动功率，同时实现能量再生利用。

　　2.3变频设备在胶带输送机中的应用

　　随着国家对低产低效煤矿淘汰升级，煤矿正在向高产高效以及智能化方向发展，采掘设备生产能力大幅提高，为适应高产高效及智能化矿井发展，降低原煤运输成本，矿井对大型带式输送机的需求迅速增长，带式输送机朝着长距离、大运量、高速度、大功率方向发展，传统液力耦合器、CST、软启动器等调速设备存在工频恒功率运行耗能大、多机驱动功率不平衡、调速和起动制动过程不平稳容易造成胶带和滚筒之间打滑等缺陷。而运用变频器对带式输送机驱动可很好的解决以上问题，实现带式输送机的软起动、软停车，多电机驱动时速度同步和功率平衡。

　　麦垛山煤矿主运输系统全长9.5公里，采用四条带式输送机搭接运输，全部采用变频器驱动，其中主斜井带式输送机长1667m，运量2100t/h，输送带带宽1.6m，倾角200，驱动电机功率3*2000KW，配套ABB公司ACS5060型变频器，从2013年至今运行稳定可靠。近年来随着永磁驱动技术发展应用，麦垛山煤矿综采工作面顺槽带式输送机使用功率为3*630KW的永磁电机，配套输出功率为3*800KW变频器驱动带式输送机，永磁电机与驱动滚筒直连，省去了减速器、耦合器、CST等中间传动环节，进一步减小了设备维护量和机械磨损，达到节约电能和延长设备使用寿命的目的，改善了生产工艺，取得了良好的效果。

　　建筑论文范例：煤矿井下自动排水系统的节能优化

　　结语

　　变频设备除在以上机电运输系统中应用外，还在矿井供排水系统、主通风系统、局部通风系统、综采工作面刮板机和转载机、乳化液泵站中得到广泛使用。随着科技的进步，我国煤矿企也经过了较长时间的发展，目前所处的市场竞争环境越发的严峻，煤矿企业要想保持可持续发展态势，就必须做到紧跟科技发展步伐，积极调整过去落后的生产方式和设备，尤其是煤矿机电运输系统，更应该全面的推广应用变频节能设备，一方面能够降低机电设备所引发的安全事故，另一方面能够促进企业生产效率的快速提升，实现企业高效、绿色可持续发展。

　　参考文献：

　　[1]于淑珍.探讨我国煤矿机电设备中变频节能技术的应用[J].黑龙江科技信息,2020,11(4):76.

　　[2]温勇.煤矿机电设备中变频节能技术的应用分析[J].河南科技,2013(15):117-118.

　　[3]天地科技MG750/1920-WD型交流电牵引采煤机说明书(电气部分)

　　[4]麦垛山煤矿矿井初步设计说明书

　　作者：杨宏 1 杨华 2