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[摘 要]煤矿开采不仅要保障开采质量，同时也要在节能方面下工夫，通过改善工作方式、创新应用技术等方法，达到节能目的。将变频器应用到煤矿皮带机中对于提升煤矿皮带机工作效率，减少能源浪费有重要意义。因此，有关人员应加大对变频器的研究，使其可以取得更大效果，促进中国煤矿行业发展。
[关键词]煤矿皮带机；变频器；节能
中图分类号：TD5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0176-01
中国煤矿主要开采方式是地下机械开采，为方便原煤运输，绝大多数煤矿企业都采用皮带机运输。皮带机运输不仅方便快捷，还可以保障原煤运输安全。但是在实际应用过程中，由于技术上的问题，煤矿皮带机一直具有高能耗的特点，背离节能环保的理念。因此一些研究人员对煤矿皮带机进行改良，通过应用变频器的方式，改善煤矿皮带机的运行现状，使其运行更加合理。在变频器应用后煤矿皮带机无论是在寿命上还是在能源节约上都取得了良好效果。值得注意的是，变频机在中国煤矿皮带机中刚开始应用，仍有很多问题需要注意。
1 变频技术
1.1 变频技术原理
传统机电设备中的电流是固定不可改变的，因而机电设备在运行的过程中，不能进行转速变换，这种情况一方面是会使机电设备的寿命缩短，另一方面会极大的浪费电力能源，变频技术的运用将有利于改变这种状况。变频技术通过电流频率的改变，来进行设备的管理。一般而言，变频器的结构较为复杂，基本构造包括电源板、主板以及电机等，各个部件相互组合运转，就可以对电流频率进行改变。
无需对电压进行改变，变频器就能够发挥电力半导体的功能，将机电设备中固定的电流频率进行转化，即变频器的运用使得电流频率据有可变性。通过对电流频率的改变，来实现对机电设备的调节运行，这正是变频技术的基本原理。目前，煤矿皮带机改造中广泛应用变频技术，能有效实现机电设备性能的提升。
1.2 煤矿皮带机改造与变频技术两者间的联系
如果一个煤矿的皮带传送机已经老化，则非常有必要运用变频技术来进行设备改造，皮带机原有的驱动力是相对固定的，但是往往会在煤矿开采与生产作业过程中发生相应的损耗，在皮带机与煤矿输送量不相适应的时候，就会频繁的在持续作业中出现故障，而且往往故障现象都较为严重，给后期维修也带来很大的障碍。在对皮带机进行改造堵塞的时候，可以采用交流—直流—交流无速传感器矢量控制技术，并依照科学的原理对电机的实际转速数值进行推算，保障皮带机在运输过程中实现额定局数的百分百输出，进而达成节省电能的效果。
2 煤矿皮带机对变频器的特殊要求
由于煤矿皮带机对变频器有特殊的要求， 普通变频器不可能直接用到皮带机上。 煤矿皮带机对变频器要求有以下主要特点：
（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，皮带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 变频器使用中遇到的问题和防范措施
由于各种原因，变频器容易误动作或者发生故障，无法满足预期的运行效果，主要原因如下。
3.1 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。
3.2 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。
3.3 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。
3.4 电动机温度过高
对皮带机进行变频调速改造时， 由于在低速运行时冷却能力下降造成电机过热。 此外，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。
3.5 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。
4 对煤矿皮带机变频器节能应该注意的问题和效益分析
4.1 煤矿皮带机变频器的使用中，一般会遇到电磁干扰、电源异常、高次谐波、电动机温度过高和震动等问题。电磁干扰主要是变频器在井下恶劣条件工作时，容易受到輻射等电磁干扰，引起变频器误动等问题。电源异常是指，在变频器使用中，供电电源电压不稳定造成变频器低压运行，影响它的工作状态。高次谐波是变频器在运行时产生的，高次谐波会对变频器或周围电气设备产生干扰，引起故障。温度过热是指变频器在调速时，低速运行下，冷却能力下降而引起的电机过热。振动现象是由电机的脉动转矩与机械系统产生共振引起的，它会对电器造成机械损伤。
4.2 变频器带来的节能效益分析
我们以额定功率 1200kwh 的煤矿皮带机为例，在正常情况下，它每天的电量消耗是 24480kwh，在使用了变频器后，每天的电量消耗是 17135kwh，每天的节省量达到了 30%之多，按每度电 0.6 元计算，每年带来的直接经济效益就有 160 万元。这其中还没有计算在皮带损耗、维修等方面的节省，由此可见看出，变频器对煤矿皮带机带来的节能效果是非常明显的。
5 结束语
综上所述，通过对煤矿皮带机变频器节能技术的分析与探讨，使我们更加清楚地认识到，随着科技的高速发展，如何更加有效，更加科学的利用资源，节约资源，早已成为全社会人们高度关注的重要话题。尤其是在煤矿领域之中，节能降耗更是煤矿企业可持续发展的根本。因此，本文通过对煤矿皮带机变频器节能技术的分析，希望为煤矿皮带机变频节能技术的发展做出有益的贡献。同时，也为进一步促进我国煤矿企业的节能发展做出有益的参考与铺垫。
作者简介：
张泽（1990-，山西运城人，助理工程师，现供职于神东煤炭集团柳塔煤矿，研究方向为皮带运输。
[关键词]煤矿皮带机；变频器；节能
中图分类号：TD5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0176-01
中国煤矿主要开采方式是地下机械开采，为方便原煤运输，绝大多数煤矿企业都采用皮带机运输。皮带机运输不仅方便快捷，还可以保障原煤运输安全。但是在实际应用过程中，由于技术上的问题，煤矿皮带机一直具有高能耗的特点，背离节能环保的理念。因此一些研究人员对煤矿皮带机进行改良，通过应用变频器的方式，改善煤矿皮带机的运行现状，使其运行更加合理。在变频器应用后煤矿皮带机无论是在寿命上还是在能源节约上都取得了良好效果。值得注意的是，变频机在中国煤矿皮带机中刚开始应用，仍有很多问题需要注意。
1 变频技术
1.1 变频技术原理
传统机电设备中的电流是固定不可改变的，因而机电设备在运行的过程中，不能进行转速变换，这种情况一方面是会使机电设备的寿命缩短，另一方面会极大的浪费电力能源，变频技术的运用将有利于改变这种状况。变频技术通过电流频率的改变，来进行设备的管理。一般而言，变频器的结构较为复杂，基本构造包括电源板、主板以及电机等，各个部件相互组合运转，就可以对电流频率进行改变。
无需对电压进行改变，变频器就能够发挥电力半导体的功能，将机电设备中固定的电流频率进行转化，即变频器的运用使得电流频率据有可变性。通过对电流频率的改变，来实现对机电设备的调节运行，这正是变频技术的基本原理。目前，煤矿皮带机改造中广泛应用变频技术，能有效实现机电设备性能的提升。
1.2 煤矿皮带机改造与变频技术两者间的联系
如果一个煤矿的皮带传送机已经老化，则非常有必要运用变频技术来进行设备改造，皮带机原有的驱动力是相对固定的，但是往往会在煤矿开采与生产作业过程中发生相应的损耗，在皮带机与煤矿输送量不相适应的时候，就会频繁的在持续作业中出现故障，而且往往故障现象都较为严重，给后期维修也带来很大的障碍。在对皮带机进行改造堵塞的时候，可以采用交流—直流—交流无速传感器矢量控制技术，并依照科学的原理对电机的实际转速数值进行推算，保障皮带机在运输过程中实现额定局数的百分百输出，进而达成节省电能的效果。
2 煤矿皮带机对变频器的特殊要求
由于煤矿皮带机对变频器有特殊的要求， 普通变频器不可能直接用到皮带机上。 煤矿皮带机对变频器要求有以下主要特点：
（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，皮带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 变频器使用中遇到的问题和防范措施
由于各种原因，变频器容易误动作或者发生故障，无法满足预期的运行效果，主要原因如下。
3.1 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。
3.2 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。
3.3 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。
3.4 电动机温度过高
对皮带机进行变频调速改造时， 由于在低速运行时冷却能力下降造成电机过热。 此外，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。
3.5 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。
4 对煤矿皮带机变频器节能应该注意的问题和效益分析
4.1 煤矿皮带机变频器的使用中，一般会遇到电磁干扰、电源异常、高次谐波、电动机温度过高和震动等问题。电磁干扰主要是变频器在井下恶劣条件工作时，容易受到輻射等电磁干扰，引起变频器误动等问题。电源异常是指，在变频器使用中，供电电源电压不稳定造成变频器低压运行，影响它的工作状态。高次谐波是变频器在运行时产生的，高次谐波会对变频器或周围电气设备产生干扰，引起故障。温度过热是指变频器在调速时，低速运行下，冷却能力下降而引起的电机过热。振动现象是由电机的脉动转矩与机械系统产生共振引起的，它会对电器造成机械损伤。
4.2 变频器带来的节能效益分析
我们以额定功率 1200kwh 的煤矿皮带机为例，在正常情况下，它每天的电量消耗是 24480kwh，在使用了变频器后，每天的电量消耗是 17135kwh，每天的节省量达到了 30%之多，按每度电 0.6 元计算，每年带来的直接经济效益就有 160 万元。这其中还没有计算在皮带损耗、维修等方面的节省，由此可见看出，变频器对煤矿皮带机带来的节能效果是非常明显的。
5 结束语
综上所述，通过对煤矿皮带机变频器节能技术的分析与探讨，使我们更加清楚地认识到，随着科技的高速发展，如何更加有效，更加科学的利用资源，节约资源，早已成为全社会人们高度关注的重要话题。尤其是在煤矿领域之中，节能降耗更是煤矿企业可持续发展的根本。因此，本文通过对煤矿皮带机变频器节能技术的分析，希望为煤矿皮带机变频节能技术的发展做出有益的贡献。同时，也为进一步促进我国煤矿企业的节能发展做出有益的参考与铺垫。
作者简介：
张泽（1990-，山西运城人，助理工程师，现供职于神东煤炭集团柳塔煤矿，研究方向为皮带运输。