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(yíng)成本中的比重相當大。根據在各項目中多年積累的調查數據，可以分析出風(fēng)機、水泵、壓縮機、提升絞車(chē)、瓦斯抽放設備的用電量占煤礦生產(chǎn)總用電量的40%以上。如今，變頻調速技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)能夠有效解決控制過(guò)程單一、實(shí)時(shí)性差、自動(dòng)化程度低等問(wèn)題。
一、變頻調速技術(shù)的原理和節能效果
1、變頻調速技術(shù)的原理
交流變頻調速是近幾十年發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。由于其優(yōu)良的調速性能、顯著(zhù)的節電效果和在國民經(jīng)濟各個(gè)領(lǐng)域的廣泛適用性，被公認為最有前途的調速方法。變頻調速技術(shù)是微機技術(shù)、電力電子技術(shù)和電機傳動(dòng)技術(shù)的綜合應用。其基本原理是在功率半導體器件的開(kāi)關(guān)作用下，工頻交流電壓經(jīng)整流橋轉換成DC電壓，再由逆變器轉換成頻率和電壓可調的交流電壓作為交流電機的驅動(dòng)電源，使電機獲得無(wú)級調速所需的電壓和電流。這是一種沒(méi)有附加轉差損失的有效調速方法。
在強弱電和機電一體化的基礎上，綜合應用電力電子技術(shù)、微技術(shù)和電機驅動(dòng)技術(shù)，即交流變頻調速技術(shù)。這可以作為一種沒(méi)有附加轉差損耗的高效調速方式，同時(shí)電機可以獲得無(wú)級調速所需的電壓和電流。在能源危機中發(fā)展起來(lái)的變頻調速技術(shù)，可以有效地大大提高工作效率，因為它可以根據電機負載自動(dòng)平滑地加速和減速。這樣，通過(guò)改變電機的供電頻率，變頻調速技術(shù)作為一種高效率、高性能的調速手段，可以實(shí)現有效的調節。
2.變頻調速技術(shù)的節能效果
隨著(zhù)電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和大功率輸出技術(shù)的飛速發(fā)展，交流電機變頻調速技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展，成為節約電能、改善環(huán)境和推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的主要手段，成為必然的發(fā)展趨勢。明顯的節能效果和優(yōu)越的調節性能使得變頻節能技術(shù)在我國煤礦的應用越來(lái)越廣泛，技術(shù)也越來(lái)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用，為煤礦節約了大量電能，尤其是在流體負載方面，其節能率為20%~60%。變頻控制的原理是:用變頻調速電機實(shí)現真正的軟啟動(dòng)和平滑調速，用VFD控制提高輸入電源的功率因數，在基頻以下恒轉矩輸出，輸出功率隨轉速變化。
二、變頻調速技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的具體應用以帶式輸送機為例
1.煤礦生產(chǎn)中帶式輸送機的節能
帶式輸送機作為煤礦運輸的主要設備，被廣泛應用。隨著(zhù)高產(chǎn)高效采煤工作面的發(fā)展，越來(lái)越多的長(cháng)距離、大運量、高速帶式輸送機被設計、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、驅動(dòng)電機輸出不均勻，導致電機過(guò)載等問(wèn)題更加尖銳地暴露出來(lái)。帶式輸送機的啟動(dòng)和運行方式是由轉子繞線(xiàn)降壓?jiǎn)?dòng)后，繞線(xiàn)電機以工頻運行，然后通過(guò)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(guò)驅動(dòng)輪轂靠摩擦力帶動(dòng)皮帶運動(dòng)，皮帶靠張力變形和摩擦力帶動(dòng)物體在托輥上運動(dòng)。皮帶是一種彈性?xún)δ懿牧�，在帶式輸送機停止和運行時(shí)儲存了大量的勢能，這就決定了帶式輸送機應采用軟啟動(dòng)方式啟動(dòng)。
因此，對帶式輸送機的啟動(dòng)和運行提出了以下要求：如果
電動(dòng)機在重負荷下直接啟動(dòng)，則要求電源提供比正常運行時(shí)大6-7倍的電流，這樣電動(dòng)機就會(huì )因電流過(guò)大和啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)而過(guò)熱燒毀；電網(wǎng)會(huì )因大電流過(guò)度降低電壓，影響其他設備運行；因此，需要新的驅動(dòng)系統來(lái)降低電機啟動(dòng)時(shí)的電流。目前大型帶式輸送機要求驅動(dòng)系統能提供可調、平穩、無(wú)沖擊的起動(dòng)轉矩，以減少沖擊，從而改善整機受力，延長(cháng)整機使用壽命，提高設備可靠性，即希望實(shí)現軟啟動(dòng)。長(cháng)距離帶式輸送機，如果啟動(dòng)過(guò)快，拉緊裝置來(lái)不及拉緊，造成傳動(dòng)滾筒打滑，導致發(fā)熱起火；對于傾角較大的上運帶式輸送機，如果啟動(dòng)加速度過(guò)快，會(huì )造成物料滑動(dòng)或滾動(dòng)；這就要求可以控制啟動(dòng)加速度，實(shí)現平穩啟動(dòng)。為了方便帶式輸送機的維護，希望能夠實(shí)現低速帶檢運行。
綜上所述，要求驅動(dòng)系統能適應起動(dòng)、運行和停止條件的要求，使帶式輸送機能平穩起動(dòng)和停止，高效運行，均衡驅動(dòng)，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(lái)實(shí)現帶式輸送機的軟啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)將液力耦合器的機械效率調至零，使電機空載啟動(dòng)。雖然采用了轉子串聯(lián)電阻來(lái)提高起動(dòng)轉矩和降壓空載起動(dòng)，但電機的起動(dòng)電流仍然很大，不僅會(huì )引起電網(wǎng)電壓的劇烈波動(dòng)，還會(huì )引起電機內的機械沖擊和發(fā)熱。同時(shí)，由于液力耦合器工作時(shí)間長(cháng)，其內部油溫會(huì )升高，金屬零件會(huì )磨損，出現泄漏和效率波動(dòng)，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動(dòng)同一皮帶時(shí)的功率平均和同步問(wèn)題。
2.變頻調速技術(shù)在帶式輸送機中的應用
帶式輸送機變頻調速自動(dòng)控制系統由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速傳感器等組成�？梢愿爬槿齻�(gè)部分：檢測單元、控制單元和執行單元。
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換成電壓信號。電機速度傳感器采集的速度信號被轉換成電壓信號。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PLC接收到檢測信號時(shí)，通過(guò)判斷和決策，完成帶式輸送機的啟動(dòng)、功率平衡、節能和調速功能。同時(shí)，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。
執行單元：變頻器接收PLC的頻率控制信號，根據給定的信號輸出相應頻率的電壓給電機，實(shí)現電機的調速，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(shí)現了帶式輸送機的軟啟動(dòng)和軟停機運行方式，使帶式輸送機性能更加穩定。
系統全程功率因數在0.9以上，大大節約了無(wú)功功率。采用變頻驅動(dòng)后，系統總傳動(dòng)效率比液力耦合器驅動(dòng)提高5%~10%。改造后，系統可以根據負載變化自動(dòng)調節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，很大程度上節約了電力能耗。而且四象限高壓變頻器的使用實(shí)現了帶式輸送機的能量回饋功能，進(jìn)一步降低了帶式輸送機的能耗，液力耦合器的退出大大節省了設備的維護和維修費用。在節能環(huán)保方面更加完善。
三、結論
目前，變頻調速已廣泛應用于各煤礦，并取得了良好的運行效果。隨著(zhù)新型電力電子器件的發(fā)展和性能的不斷提高，變頻調速技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應用將會(huì )發(fā)揮更大的作用，取得更顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。