摘要：作为世界上产煤大国之一，随着煤矿设备大型化、自动化和信息化水平不断较高，电费所占比例也不断增加，要降低成本，应利用变频器节约能量。
关键词：变频器；煤矿；综采；运输机
变频器是把工频电源变换成各种频率的交流电源的设备，目前，变频器在煤矿综采工作面运输机上得到了广泛的应用，它的主要作用如下：
（1）软起动和软停车。利用变频器对运输机驱动，对运输机几乎不造成危害；停车时的减速度任意可调，这样可将运输机停车时产生的冲击减少至最小。（2）降低链条強度。采用变频器驱动后，由于变频器的启动时间可调，运输机的启动时间延长，大大降低了对运输机刮板链强的要求。（3）功率平衡。煤矿运输机系统多为三驱动，当采用多电机驱动时，采用主从控制，实现功率平衡，保证电机同步性能。（4）节能。采用变频器驱动后，变频器可以根据负载轻重自动调节刮板链速度，传递效率得到了很大的提高。
l、变频器的发展状况
目前，国内厂商在高压变频器方面具有研发能力的企业特别少，变频器的功率等级较低，目前不超过3500KW，与高压变频器相配套的产业还很不发达，变频器中使用的关键部件基本上完全依赖进口，变频调速方式还普通采用v/f控制方式。反观外各大品牌的变频器生产商，都具有相当大的产业化规模，变频器的功率等级目前已经超过lO000kW，其控制系统也已实现全数字化，基本上全部采用矢量控制，在各个行业中，变频器都被广泛的应用，而且新技术和新工艺还在层出不穷。
目前，高压变频器在朝着大功率、小型化、轻型化方向发展，更高功率的新型电力半导体器件逐步应用在高压变频器中，无速度传感器的矢量控制、磁通控制和直接转矩控制等技术的应用将趋于成熟，64位的MCU、DSP等器件已经可以完全实现变频器的高精度、多功能控制，参数自设定技术、过程自优化技术、故障自诊断技术在国内外得到了广泛的研究。
2、煤矿运输机对变频器的特殊要求
（1）技术指标高。启动转矩2倍以上，150%额定电流以下连续运行；运行速度曲线成S形，加减速平滑；实现四象限运行，解决能量回馈；完善的数字控制功能。
（2）散热性能好。一般的变频器采用风冷和水冷系统散热和降温，由于煤矿防爆的要求，运输机变频器的所有部件全部在防爆腔内，风冷一般无法实现，由于水冷需要一套水循环和散热系统，维护极不方便，散热问题很突出。
（3）电磁兼容突出。变频器工作在煤矿井下恶劣的环境中，容易受到外界的干扰，其输入输出的电压电流含有一定的高次谐波，电磁兼容做的好坏直接影响变频器和周围电器设备的可靠运行。
3、煤矿运输机对变频器选型原则
在选型前，首先要根据运输机对转速和转矩的要求，确定运输机最大输入功率
P=n.T/9950（kW）
式中P一运输机要求的输入功率（kw）；
n一机械转速（转/分）；
T一机械的最大转矩（Name）。
选择运输机的最大输入功率后，然后选择电机的极数和额定功率。电机的极数决定了同步转速，要求电机的同步转速尽可能地覆盖整个调速范围。转矩取设备在起动、连续运行、过载或最高速等状态下的最大转矩。最后，根据变频器输出功率和额定电流确定变频器的参数与型号。
确定变频器的参数与型号后，还应考虑变频器的外部配置，选择合适的外部熔断器，保护因内部短路对整流元件的损坏，不能用空气断路器代替熔断器；根据变频器的功率选择导线截面合适的三芯或四芯屏蔽动力电缆，变频器到电机之间的动力电缆要选用屏蔽结构的电缆，且尽可能短，以降低电磁辐射的要求；在输入侧装滤波器，以抑制逆变输出电压尖峰，有利于保护电机，同时降低电机的高频损耗和轴承电流，由于滤波器上的电压降将引起电机转矩的稍微降低，变频器与滤波器之间电缆长度不得超过3m。
4、变频器使用中遇到的问题和防范措施
（1）电磁干扰
变频器工作在煤矿井下恶劣的环境中，容易受到外界的干扰，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起变频器误动作，严重时甚至损坏变频器。为了提高变频器的抗干扰能力，可以在变频器外部采取噪声抑制措施，变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上需加装防止冲击电压的吸收装置；尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主线路分离；指定采用屏蔽线回路，须按规定进行，若线路较长，应采用合理的中继方式；变频器输入端安装噪声滤波器，避免由电源进线引入干扰。
（2）电源异常
电源异常主要表现为低电压运行，为保证设备的正常运行，对变频器供电电源也提出相应要求。如果附近有直接起动电动机等设备，为防止这些设备投入时造成的电压降低，应和变频器供电系统分离，减小相互影响；变频器和外部控制回路采用瞬停补偿方式，当电压回复后，通过速度追踪和测速电机的检测来防止在加速中的过电流；对于要求必须运行的设备，要对变频器加装自动切换的不停电电源装置。
（3）高次谐波
变频器几乎都采用PWM控制方式，这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波，高次谐波将会降低电动机绕组的绝缘强度，造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响，通常采用以下处理措施：尽量缩短变频器到电机的距离，采用专用变压器对变频器供电，与其它供电系统分离；在变频器输入侧加装滤波电抗器或多种整流桥回路，降低高次谐波分量。
（4）电动机温度过高
对运输机进行变频调速使用后，因为变频器输出波形中所含有的高次谐波势必增加电机的铁损和铜损，因此在确认皮带机的负载状态和运行范围之后，采取以下的相应措施：对电机进行强冷通风或提高电机规格等级；更换变频专用电机；限定运行范围，避开低速区。
（5）振动
振动通常是由于电机的脉动转矩及机械系统的共振引起的，特别是当脉动转矩与机械共振恰好一致时更为严重，它是对电子器件造成机械损伤的主要原因。变频器在调试过程中，利用变频器的频率屏蔽功能，使这些共振点排除在运行范围之外；采用橡胶等避振措施。
5、采用变频器后的效益分析
煤矿运输机额定容量为3*1000kW，没有采用变频器前，每
天的耗电量可以达到24480kWh，采用变频器后，实测运输机
每天的耗电量是17136kWh，日耗电量节约为：24480kWh一17136kWh=7344kWh节电率为：7344kWh/24480kWh--30%
如果每度电为0.55元，那么年耗电量节约：7344×365×0.55=147.4308万元因为改造后实现了软启软停，大大减少了运输机机械零部件损伤的可能性，每年可以减少维护费用不低于15万元。由于采用了变频器，接触器延长了使用寿命，每年又可以节约将近2万元的电气元器件费用，再加上其它间接产生的经济效益，采用变频器进行变频调速的效益就更客观了。
6、总结
煤矿运输机采用变频器后具有控制性能优良、运行效率高、维护工作量小、节能等诸多优点，为煤矿企业带来了更高的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1]惠武功.综采面采煤机与运输机负荷平衡控制研究[J].陕西煤炭，2017，36（06）：5-8.
作者：丁文玉