煤礦生產中的許多環節消耗大量電能，如提升運輸、井下通風、排風等。在這種情況下，變頻器（Variable-frequency Drive，以下簡稱VFD）的應用為煤礦生產節能帶來了好消息，不僅提高了煤礦生產的效率和質量，而且更好地節約了電能，對節能減排起到了重要作用。那么VFD的工作原理是什么呢？在實際煤礦生產中如何使用VFD實現節能？設計中應采取哪些措施來提高安全性能？讓我們一起討論一下。

一、工作原理。

VFD主要采用變頻技術和微電子技術。VFD的基本工作原理是通過改變電流頻率來控制交流電機的功率控制設備。除了運行交流機械設備，VFD還可以通過改變電壓和電源頻率來實現節能調速的功能，有效降低了機械設備的能耗，給煤礦機電設備帶來了更大的經濟效益。VFD除了節能之外，還可以提供很多保護功能，比如對一些機電設備的過壓、過載、過流提供保護。

二、VFD在煤礦機電設備中的應用。

1、在帶式輸送機中的應用。

目前VFD在煤礦機電設備中的應用主要體現在帶式輸送機上，其主要工作原理是通過皮帶彈性的物理特性來實現的。當皮帶靜止或運轉時，它含有大量的能量。如果在啟動時沒有增加一些軟啟動裝置，皮帶中的能量會迅速釋放。如果產生過大的張力，皮帶將很容易被扯掉。由于VFD，這一現象得到了很大的緩解，通過對帶式輸送機的改進，給企業帶來了許多經濟效益和社會效益。主要表現在以下幾個方面:

（a）為帶式輸送機上添加新的軟啟動模式，使帶式輸送機在行駛過程中緩慢啟動，使皮帶張力緩慢增加而不是瞬間增加，軟啟動時皮帶中的能量緩慢釋放，有效防止皮帶在啟動過程中斷裂；

（b）幫助帶式輸送機實現了多電機驅動時的功率平衡。在驅動設備時，通常采用一臺電機一臺控制裝置的方法。當多臺電機同時使用時，可以更好地實現主控和從控，也可以實現功率平衡。

（c）降低帶式輸送機中的皮帶使用強度，有效延長了帶式輸送機的使用時間，降低了對皮帶強度的要求，從而間接降低了煤礦機電設備的成本投入。

（d）幫助帶式輸送機有效延長電機設備的使用壽命，降低設備的維護量和維護成本。此外，帶式輸送機對機械設備、零部件等無力沖擊。在使用過程中，這也大大減少了帶式輸送機的維護次數和維護量。

2、VFD在礦井提升設備中的應用。

提升設備的主要功能是沿礦井運輸礦石、煤炭、矸石或矸石，提升人員、設備和器材等。因此在使用過程中會產生很大的功耗，通過使用VFD，有效提高了電力的使用效率。礦井提升設備在整個煤礦生產中起著重要的作用，其安全性和質量一直是保障煤礦生產安全和預防煤礦坍塌事故的關鍵。因此，在新礦設計和老礦改造中，首先要把礦井提升機的電氣設備放在首位，通過各種比較，根據礦井的具體情況，選擇適合煤礦生產的機械設備。采用VFD后，使用礦井提升設備的優勢主要表現在以下幾個方面:

（a）提升礦井設備的控制精度更高，交流電機的調速性能幾乎與DC電機相當，控制精度非常高；

（b）提高礦井提升設備的工作可靠性。并且具有完善的保護功能，應用于礦井提升設備時，使其工作可靠性很高；

（c）減少了礦井提升設備的維護工作量，提高了設備使用效率，減少了工作人員對設備的維護和檢修，降低了工作人員的工作強度。

（d）調速范圍廣，屬于無級調速，低速時穩定性好。

三、煤礦設備節能。

1、帶式輸送機變頻節能

采用VFD后，帶式輸送機的節能效果主要體現在系統功率因數和系統效率兩個方面:

（a）提高系統功率因數。

正常情況下，煤礦設備在設計上有較大的余量，工作時大多不能滿負荷運行。機電設備在滿載電壓和全速時往往負載較小，有時空載運行，使得機械設備的使用效率過低。空載或輕載運行給整個皮帶輸送設備造成了許多不必要的功率損失。VFD用于帶式輸送機時，在帶式輸送機運行過程中功率因數已達到0.9 kW以上，大大提高了運行效率，基本消除了輕載、空載現象。

（b）提高系統效運行率。

使用VFD時，電機直接與減速器連接，減少了液力偶合器的使用。由于液力偶合器本身使用液體旋轉，其使用效率相對較低，VFD的使用使整個皮帶輸送系統的效率提高了5% ~ 10%。

另外，礦山一般距離變電站較遠，不同時期電壓變化比較大。VFD本身具有穩壓功能，間接起到節能的作用。

由此可見，VFD無論是對煤礦機械設備的技術升級還是經濟效益都將帶來巨大的效益。隨著時代的發展，VFD將在帶式輸送機設備中得到更廣泛的應用。

2、 礦井提升設備應用VFD節能的實施方案。

由于VFD的調速方式主要是轉差功率不變，因此調速過程中的節能效果主要體現在以下兩個方面。

（1）提升過程中的節能。

礦井絞車處于提升狀態時，電機處于電動工作狀態。由于絞車是恒扭矩負載，VFD通過調節其轉速來實現節能，當轉速降低時，可以達到相應程度的節能效果。

（2）下降過程中的節能。

當礦用絞車處于下降狀態時，電機處于發電狀態，這是一個將勢能轉化為電能的過程。當使用能量回饋型VFD時，VFD會將轉換后的電能返回電網，從而實現節能。

四、結語

VFD在煤礦機械設備中的應用不僅體現在帶式輸送機和礦井提升設備上，同時也在泵和風機，絞車和其他煤礦設備中有著廣泛的應用。目前，大多數變頻器廠家在國內這些煤礦設備行業中并沒有太過深入參與合作，這部分的應用市場還有很大的發展空間。它通過高效轉換不同形式的電能，實現對電能的控制，對煤礦生產具有重要意義。隨著時代的發展，相信會有更多的變頻技術被開發和應用，變頻技術也會被廣泛應用。