序

煤矿生产中的许多环节消耗大量电能，如提升运输、井下通风、排风等。在这种情况下，变频器（Variable-frequency Drive，以下简称VFD）的应用为煤矿生产节能带来了好消息，不仅提高了煤矿生产的效率和质量，而且更好地节约了电能，对节能减排起到了重要作用。那么VFD的工作原理是什么呢？在实际煤矿生产中如何使用VFD实现节能？设计中应采取哪些措施来提高安全性能？让我们一起讨论一下。

一、工作原理。

VFD主要采用变频技术和微电子技术。VFD的基本工作原理是通过改变电流频率来控制交流电机的功率控制设备。除了运行交流机械设备，VFD还可以通过改变电压和电源频率来实现节能调速的功能，有效降低了机械设备的能耗，给煤矿机电设备带来了更大的经济效益。VFD除了节能之外，还可以提供很多保护功能，比如对一些机电设备的过压、过载、过流提供保护。

二、VFD在煤矿机电设备中的应用。

1、在带式输送机中的应用。

目前VFD在煤矿机电设备中的应用主要体现在带式输送机上，其主要工作原理是通过皮带弹性的物理特性来实现的。当皮带静止或运转时，它含有大量的能量。如果在启动时没有增加一些软启动装置，皮带中的能量会迅速释放。如果产生过大的张力，皮带将很容易被扯掉。由于VFD，这一现象得到了很大的缓解，通过对带式输送机的改进，给企业带来了许多经济效益和社会效益。主要表现在以下几个方面:

（a）为带式输送机上添加新的软启动模式，使带式输送机在行驶过程中缓慢启动，使皮带张力缓慢增加而不是瞬间增加，软启动时皮带中的能量缓慢释放，有效防止皮带在启动过程中断裂；

（b）帮助带式输送机实现了多电机驱动时的功率平衡。在驱动设备时，通常采用一台电机一台控制装置的方法。当多台电机同时使用时，可以更好地实现主控和从控，也可以实现功率平衡。

（c）降低带式输送机中的皮带使用强度，有效延长了带式输送机的使用时间，降低了对皮带强度的要求，从而间接降低了煤矿机电设备的成本投入。

（d）帮助带式输送机有效延长电机设备的使用寿命，降低设备的维护量和维护成本。此外，带式输送机对机械设备、零部件等无力冲击。在使用过程中，这也大大减少了带式输送机的维护次数和维护量。

2、VFD在矿井提升设备中的应用。

提升设备的主要功能是沿矿井运输矿石、煤炭、矸石或矸石，提升人员、设备和器材等。因此在使用过程中会产生很大的功耗，通过使用VFD，有效提高了电力的使用效率。矿井提升设备在整个煤矿生产中起着重要的作用，其安全性和质量一直是保障煤矿生产安全和预防煤矿坍塌事故的关键。因此，在新矿设计和老矿改造中，首先要把矿井提升机的电气设备放在首位，通过各种比较，根据矿井的具体情况，选择适合煤矿生产的机械设备。采用VFD后，使用矿井提升设备的优势主要表现在以下几个方面:

（a）提升矿井设备的控制精度更高，交流电机的调速性能几乎与DC电机相当，控制精度非常高；

（b）提高矿井提升设备的工作可靠性。并且具有完善的保护功能，应用于矿井提升设备时，使其工作可靠性很高；

（c）减少了矿井提升设备的维护工作量，提高了设备使用效率，减少了工作人员对设备的维护和检修，降低了工作人员的工作强度。

（d）调速范围广，属于无级调速，低速时稳定性好。

三、煤矿设备节能。

1、带式输送机变频节能

采用VFD后，带式输送机的节能效果主要体现在系统功率因数和系统效率两个方面:

（a）提高系统功率因数。

正常情况下，煤矿设备在设计上有较大的余量，工作时大多不能满负荷运行。机电设备在满载电压和全速时往往负载较小，有时空载运行，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许多不必要的功率损失。VFD用于带式输送机时，在带式输送机运行过程中功率因数已达到0.9 kW以上，大大提高了运行效率，基本消除了轻载、空载现象。

（b）提高系统效运行率。

使用VFD时，电机直接与减速器连接，减少了液力偶合器的使用。由于液力偶合器本身使用液体旋转，其使用效率相对较低，VFD的使用使整个皮带输送系统的效率提高了5% ~ 10%。

另外，矿山一般距离变电站较远，不同时期电压变化比较大。VFD本身具有稳压功能，间接起到节能的作用。

由此可见，VFD无论是对煤矿机械设备的技术升级还是经济效益都将带来巨大的效益。随着时代的发展，VFD将在带式输送机设备中得到更广泛的应用。

2、 矿井提升设备应用VFD节能的实施方案。

由于VFD的调速方式主要是转差功率不变，因此调速过程中的节能效果主要体现在以下两个方面。

（1）提升过程中的节能。

矿井绞车处于提升状态时，电机处于电动工作状态。由于绞车是恒扭矩负载，VFD通过调节其转速来实现节能，当转速降低时，可以达到相应程度的节能效果。

（2）下降过程中的节能。

当矿用绞车处于下降状态时，电机处于发电状态，这是一个将势能转化为电能的过程。当使用能量回馈型VFD时，VFD会将转换后的电能返回电网，从而实现节能。

四、结语

VFD在煤矿机械设备中的应用不仅体现在带式输送机和矿井提升设备上，同时也在泵和风机，绞车和其他煤矿设备中有着广泛的应用。目前，大多数变频器厂家在国内这些煤矿设备行业中并没有太过深入参与合作，这部分的应用市场还有很大的发展空间。它通过高效转换不同形式的电能，实现对电能的控制，对煤矿生产具有重要意义。随着时代的发展，相信会有更多的变频技术被开发和应用，变频技术也会被广泛应用。