由于煤炭企業對電力的需求巨大，因此電力消耗在煤炭企業整體運營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，可以分析出風機、水泵、壓縮機、提升絞車、瓦斯抽放設備的用電量占煤礦生產總用電量的40%以上。如今，變頻調速技術經過多年的發展，已經能夠有效解決控制過程單一、實時性差、自動化程度低等問題。

　　一、變頻調速技術的原理和節能效果

　　1、變頻調速技術的原理

　　交流變頻調速是近幾十年發展起來的新技術。由于其優良的調速性能、顯著的節電效果和在國民經濟各個領域的廣泛適用性，被公認為最有前途的調速方法。變頻調速技術是微機技術、電力電子技術和電機傳動技術的綜合應用。其基本原理是在功率半導體器件的開關作用下，工頻交流電壓經整流橋轉換成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電源，使電機獲得無級調速所需的電壓和電流。這是一種沒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、微技術和電機驅動技術，即交流變頻調速技術。這可以作為一種沒有附加轉差損耗的高效調速方式，同時電機可以獲得無級調速所需的電壓和電流。在能源危機中發展起來的變頻調速技術，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平滑地加速和減速。這樣，通過改變電機的供電頻率，變頻調速技術作為一種高效率、高性能的調速手段，可以實現有效的調節。

　　2.變頻調速技術的節能效果

　　隨著電子技術、計算機技術、自動控制技術和大功率輸出技術的飛速發展，交流電機變頻調速技術取得了突破性的進展，成為節約電能、改善環境和推動技術進步的主要手段，成為必然的發展趨勢。明顯的節能效果和優越的調節性能使得變頻節能技術在我國煤礦的應用越來越廣泛，技術也越來越成熟。大容量、多功能、高可靠性的變頻器在煤礦生產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:用變頻調速電機實現真正的軟啟動和平滑調速，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、變頻調速技術在煤礦生產中的具體應用以帶式輸送機為例

　　1.煤礦生產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。隨著高產高效采煤工作面的發展，越來越多的長距離、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、驅動電機輸出不均勻，導致電機過載等問題更加尖銳地暴露出來。帶式輸送機的啟動和運行方式是由轉子繞線降壓啟動后，繞線電機以工頻運行，然后通過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驅動輪轂靠摩擦力帶動皮帶運動，皮帶靠張力變形和摩擦力帶動物體在托輥上運動。皮帶是一種彈性儲能材料，在帶式輸送機停止和運行時儲存了大量的勢能，這就決定了帶式輸送機應采用軟啟動方式啟動。

　　因此，對帶式輸送機的啟動和運行提出了以下要求：如果電動機在重負荷下直接啟動，則要求電源提供比正常運行時大6-7倍的電流，這樣電動機就會因電流過大和啟動時間過長而過熱燒毀；電網會因大電流過度降低電壓，影響其他設備運行；因此，需要新的驅動系統來降低電機啟動時的電流。目前大型帶式輸送機要求驅動系統能提供可調、平穩、無沖擊的起動轉矩，以減少沖擊，從而改善整機受力，延長整機使用壽命，提高設備可靠性，即希望實現軟啟動。長距離帶式輸送機，如果啟動過快，拉緊裝置來不及拉緊，造成傳動滾筒打滑，導致發熱起火；對于傾角較大的上運帶式輸送機，如果啟動加速度過快，會造成物料滑動或滾動；這就要求可以控制啟動加速度，實現平穩啟動。為了方便帶式輸送機的維護，希望能夠實現低速帶檢運行。

　　綜上所述，要求驅動系統能適應起動、運行和停止條件的要求，使帶式輸送機能平穩起動和停止，高效運行，均衡驅動，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實現帶式輸送機的軟啟動。啟動時將液力耦合器的機械效率調至零，使電機空載啟動。雖然采用了轉子串聯電阻來提高起動轉矩和降壓空載起動，但電機的起動電流仍然很大，不僅會引起電網電壓的劇烈波動，還會引起電機內的機械沖擊和發熱。同時，由于液力耦合器工作時間長，其內部油溫會升高，金屬零件會磨損，出現泄漏和效率波動，不僅增加維修難度和成本，污染環境，而且很難解決多機驅動同一皮帶時的功率平均和同步問題。

　　2.變頻調速技術在帶式輸送機中的應用

　　帶式輸送機變頻調速自動控制系統由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。可以概括為三個部分：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。所有信號都發送到核心模塊。

　　控制單元：當PLC接收到檢測信號時，通過判斷和決策，完成帶式輸送機的啟動、功率平衡、節能和調速功能。同時，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，實現電機的調速，完成帶式輸送機的各種功能。變頻技術改造后，帶式輸送機完全實現了帶式輸送機的軟啟動和軟停機運行方式，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，大大節約了無功功率。采用變頻驅動后，系統總傳動效率比液力耦合器驅動提高5%~10%。改造后，系統可以根據負載變化自動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現了帶式輸送機的能量回饋功能，進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。隨著新型電力電子器件的發展和性能的不斷提高，變頻調速技術在煤礦生產中的應用將會發揮更大的作用，取得更顯著的經濟效益。