电子技术在矿产中的应用

　　引言

　　煤炭资源是我国现代化建设的基础能源，煤炭矿井电力系统，现代化建设中起着重要支配和主导作用。在我国的一次能源消费结构中，煤炭约占70%～75%左右，预计2050年仍将占50%以上，煤炭企业是电量使用大户，国有重点煤矿的原煤电耗吨煤达到40kW左右，年产150万t矿井的耗电量，相当于一个中等城市的照明用电。现代化矿井的运行离不开电力资源，功耗在矿井的电能消耗中占据了相当高的比例。随着现代科学技术的迅猛发展，电力电子技术在最近十几年内悄然发展起来。电力电子技术已成长为能源技术、电子技术、控制技术交叉的高新技术。其对传统工业的改造、能源的节约、高新技术的发展起到良好的促进作用。将电力电子技术应用于现代化矿井建设的过程中具有重大意义[1]。

　　1电力电子技术应用

　　电力电子技术是20世纪初提出的，经过长期发展，实践检验，其形成独立的学科和技术产品是在60~70年代。近几年，电力电子技术在冶金、纺织、建筑、交通、给排水、电梯、空调、机床、电源等行业的应用发展迅速。电力电子技术主要应用于电能的功率变换与控制，基础设备和元器件也在不断更新。交流电机变频调速的控制理论从PWM的单一V/F控制后，又发展出闭环V/F控制、空间矢量控制、无速度检测矢量控制、直接力矩控制等方式。技术的不断进步将促使工业和民用的装备向智能化、电脑化、数字化、网络化、集成化发展。电力电子技术的发展，使其应用于各行各业，并取得了长足的发展。20世纪70年代以来，煤炭资源在我国现代化建设的起步阶段发挥了举足轻重的作用，我国将电力先进技术应用在地质勘探、建井、采掘运输、安全管理等各个领域方面，在实践磨合中，也创新发展了新技术和新装备产品。这些产品在现代化矿井高产、高效中发挥了重要的作用，彻底的改变了生产的面貌。目前我国现代化矿井步入了新技术领域中，并且向安全自动控制、无人采掘工作面、远距离地面控制等高新技术方向发展[2]。

　　2电力电子技术在煤矿中应用

　　2.1电机的调速传动煤矿中的电机是耗能大户，并且集中在通风机、提升机、排水泵和采煤机等几个大型设备上，电耗非常大。电机是感性负载，功率因数低，负载变化大，节能的空间很大。节能的关键在于先进节能设备的使用或对现有设备的技术改造。目前的矿用提升机交流电控系统除了调速性能不理想外，其转子串接的加速电阻也消耗部分电能，而且维修量大。针对上述情况可以选择变频类的电机，充分利用电力电子技术，改造风机结构功能，提高风机、水泵的运行效率，降低维修费用和投资成本，达到节约减排的功效，使其设备高水平更新，使管理和效益显著提高。

　　2.2采掘机械中应用煤矿中采煤机械、掘进机械等大型装备是煤矿的重要设备，在煤矿生产中发挥重大的作用，是煤矿机械化装备程度的重要环节，由于这些设备的功率损耗大、负荷变化大，与之带来了电力资源的浪费问题。当今电力电子技术的迅速发展并成熟，将其应用于矿山采掘机械中已经非常普及。电牵引采煤机也改善了电机的启动特性，其性能、效率、可靠性均比液压牵引采煤机提高很多，采用电牵引采煤机可创造可观的经济效益。(图略)为大型现代化采煤机进行割煤工作。

　　2.3提升设备的改造及应用在我国大型现代化矿井中采用交-交高压大功率变频器控制绞车的开发和使用，在矿井提升设备中，应该效仿电梯行业逐步实现交流变频技术的改造，使得提升设备在控制的安全性、适应性、准确性及节电方面有较大的改善。但使用的交-交变频装置谐波大，对电网的干扰较大，功率因数低，结构复杂，需要维修的水平高，全数字控制尚未成熟。以后发展方向应选用不断出现的高压大功率的变频器新产品，同时一种利用低压普通变频器实现高压绕线电机制动和低频拖动的方法也可供选择[3]。

　　2.4输送机的改造及应用输送装置失效：在高产高效的现代化矿井生产中，输送带作为输送装置起着至关重要的作用。输送带与托辊之间发生相对运动产生的磨损;接触式清扫器与输送带发生相对运动产生的磨损;漏斗放煤及长物料对输送带产生冲击磨损;输送带跑偏产生的局部磨损;大块煤、矸石对输送带产生磨损。电力电子技术中的交流电机软启动设备替代液压联轴节，利用交流变频系统进行变速输送物料。

　　2.5矿山其它方面中应用煤矿井下照明设备，可开发成本低、电磁污染低、可靠性高的性能先进的电子整流器(如高频逆变式镇流器)，绿色照明的意义更大。地面设施高效率运行，洗煤厂工艺流程中的电机传动、地面工厂、发电厂的物料输送、压缩机、风机水泵均可利用变频调速改造获得更大的社会效益和经济效益[4]。

　　3电力电子技术的发展趋势

　　我国煤矿电力电子技术起步较晚，与发达国家相比差距较大，其未来的发展趋势应该是研发具有自主知识产权的核心装置，以煤矿开采技术及配套装备为主，同时开发计算机设备专家系统，增加设备产品的通信功能，以适应综合自动化的需要，为保证矿井安全生产，煤矿机器人仍然是煤矿机电一体化技术今后研究的重点。电力电子技术以其特有的高效、安全、适应性强等特点在煤矿生产中得到了广泛的运用，不仅减轻了操作人员的劳动强度，而且极大提高了煤矿的生产水平和能力，创造了巨大的经济效益和社会效益[3]。

　　4结束语

　　煤炭资源在我国基础能源中一直处于主导地位，高效生产直接与经济建设相关。电力电子技术做为高新技术已成长为能源技术、电子技术、控制技术交叉的高新技术，充分利用各种先进的高新技术，彻底改造煤炭工业，使全行业迅速改变面貌。煤炭行业做为传统产业，电力电子技术得到了广泛的应用，取得了巨大的经济效益和社会效益。

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