电力电子与传动技术在煤矿的应用

摘要：目前，我国已成为世界上第一大产煤国，我国煤炭资源丰富，随着煤矿向大型化方向发展，设备也向大型化、大功率化方向发展，因而对电能提出了新的更高的要求。电力电子技术是借助于半导体功率器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术。电力电子技术较早用于煤矿是矿井提升机，并且发展迅速。此外，电力电子技术在先进国家已普遍用于带式输送机的调速或带式输送机起动控制、风机调速（包括主通风机和局部通风机）和水泵的调速。上述设备多采用现代交流调速，除了可以提高调速的性能外，更主要可以节省能源。

关键词：电力电子技术；带式输送机；

中图分类号：F407文献标识码： A

一、引言

目前，我国在上述设备中采用调速技术还不够广泛，市场潜力巨大。电力电子技术能把电能从一种形式高效地转换成另一种形式，而且能对电能进行控制，在煤炭工业中有广阔的应用前景。但我国煤炭行业电力电子技术应用与先进国家相比差距大，潜力也大。目前在国内煤炭行业电力电子技术已在部分煤矿得到推广。在现代化矿井中，由于设备大型化，自动化水平较高，吨煤人工费用所占比例不大，而电费所占比例增加，要降低成本，增强竞争力，应重视利用现代调速技术节约能量，例如在风机、水泵、带式输送机等设备上实现调速。下面分别谈变频器在煤矿带式输送机、矿井提升绞车、乳化液泵站的应用。

二、带式输送机

目前，变频器在国内煤矿的应用主要集中在带式输送机上。众所周知，皮带是一个弹性体，在静止或运行时皮带内贮藏了大量的能量，在皮带机起动过程中，如果不加设软起动装置，皮带内贮藏的能量将很快释放出去，在皮带上形成张力波并迅速沿着皮带传输出去。过大的张力波极易引起皮带被撕断。因此，《煤矿安全规程》规定，带式输送机必须加设软起动装置。目前煤矿采用的软起动装置绝大部分是液力偶合器。

液力偶合器虽然能部分解决皮带机的软起动问题，但与变频器驱动相比，仍具有明显的劣势：首先，采用液力偶合器时，电机必须先空载起动。工频起动时，最初的电流很大，为电机额定电流的4--7倍。大的起动瞬间电流会在起动过程中产生冲击，引起电机内部机械应力和热应力发生变化，对机械部分造成严重磨损甚至损坏。同时还将引起电网电压下降，影响到电网内其它设备的正常运行，因此，大容量的皮带机还必须附加电机软起动设备。其次，液力偶合器长时工作时，引起液体温度升高，熔化合金塞， 引起漏液， 增大维护工作量，污染环境。第三，采用液力偶合器时，皮带机的加载时间较短，容易引起皮带张力变化，因此对皮带带强要求较高。第四，一般的皮带机都是长距离大运量，通常都是多电机驱动，采用液力偶合器驱动，很难解决多电机驱动时的功率平衡。

随着电力电子技术的发展。变频技术在最近二十年飞速发展，在部分煤矿企业获得了广泛应用，运用变频器对带式输送机的驱动进行改造，将给用户带很大的经济效益：

第一、真正实现了带式输送机系统的软起动。运用变频器对带式输送机进行驱动，运用变频器的软起动功能，将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一，通过电机的慢速起动，带动皮带机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害。

第二、实现皮带机多电机驱动时的功率平衡。应用变频器对皮带机进行驱动时，一般采用一拖一控制，当多电机驱动时，采用主从控制，实现功率平衡。

第三、降低皮带带强。采用变频器驱动之后，由于变频器的起动时间可在1秒～3600秒可调，通常皮带机起动时间在60秒～200秒内根据现场设定，皮带机的起动时间延长，大大降低对皮带带强的要求，降低设备初期投资。

第四、降低设备的维护量。变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。同时，利用变频器的软起动功能实现带式输送机的软起动，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机系统机械部份的检修量。

第五、节能。在皮带机上采用变频驱动后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。

1.提高系统功率因数

通常情况下，煤矿用电机在设计过程中放的裕量比较大，工作时绝大部分不能满载运行，电机工作于满电压、满速度而负载经常很小，也有部分时间空载运行。由电机设计和运行特性知道，电机只有在接近满载时才是效率最高、功率因数最佳，轻载时降低，造成不必要的电能损失。这是因为当轻载时，定子电流有功分量很小，主要是励磁的无功分量，因此功率因数很低。采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.9以上，大大节省了无功功率。

2.提高系统效率

采用变频器驱动之后，电机与减速器之间是直接硬联接，中间减少了液力偶合器这个环节。而液力偶合器本身的传递效率是不高的，并且液力偶合器主要是通过液体来传动，而液体的传动效率比直接硬联接的传动效率要低许多，因而采用变频器驱动后，系统总的传递效率要比液力偶合器驱动的效率要高5%～10%。

另外，矿井通常离变电站距离较远，不同时段电压波动较大，利用变频器的自动稳压功能，也有部份节能作用。

三、结束语

采用变频器技术来改造传统的带式输送机驱动系统，不仅在技术的先进性还是带来的经济效益方面都是巨大的，随着社会的发展，最终在带式输送机的驱动上变频器将取代液力偶合器的主导地位。