淺談煤礦機電設備中變頻技術的應用

摘要：隨著煤礦生產行業對機械用電節能要求的不斷增大，變頻技術在煤礦機電設備中的應用也越來越廣泛。文章首先簡要介紹了變頻技術的原理、發展及其在煤礦生產中的重要性，然后詳細闡述了變頻技術在不同煤礦設備中的應用，為變頻技術在煤礦行業的進一步發展提供了理論基礎。

關鍵詞：變頻技術；煤礦機電設備；智能控制模塊；提升機；皮帶機；通風機；采煤機

中圖分類號：F426 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）27-0051-03

近年來，隨著自動化控制、電子技術、信息技術以及計算機技術的不斷進步，煤礦機電設備技術化水平越來越高。煤礦企業由于主要依靠機械化生產作業，因此能耗成本已經成為煤礦企業生產的主要成本，而這大量的能耗中，大部分是由于通風控制、提升運輸、排水等機電設備所消耗的。因此，在煤礦企業生產過程中，借助于交流電機變頻調速技術實現機電設備能耗的降低，已經成為煤礦企業減小生產成本、提高企業經濟效益的重要手段。

1 煤礦機電設備中變頻技術概述

1.1 變頻技術原理

在煤礦機電設備的動力設計過程中，機器設備在正常使用過程中并沒有必要在滿載負荷的情況下進行長時間工作，為使設備既能滿足工作動力要求又不造成能源浪費，很有必要在設備使用過程中融入變頻技術，避免設備產生多余的力矩。變頻技術包括了點擊傳動技術、電力電子技術以及計算機技術，是一門結合強弱電與機械設備的綜合技術。變頻技術的基本原理就是通過半導體元件將工頻電流信號轉換為其他頻率，再將轉換的工頻交流電進一步轉換為直流電，依靠逆變器對電壓和電流進行控制調節，使機電設備能夠達到無級調速。更進一步地講，煤礦機電設備中的變頻技術就是利用電機轉速與電流頻率之間的同比增長關系，通過改變電流頻率來控制電機轉速，實現對機電設備的有效合理控制。通過變頻技術能夠實現對電機的平穩、自動加減速控制，提高電機的工作效率并減小能源消耗。變頻器的電路通常分為四個部分，包括整流、直流、逆變和控制部分，各個部分相輔相成，共同控制著電機的工作，共同實現對設備轉速的自動、節能、高效控制。

1.2 變頻技術在煤礦生產中的重要性

隨著全國各地煤礦資源的不斷開采，可利用的煤礦資源越來越少，各個煤礦開采企業之間的競爭也越來越激烈，煤炭企業作為用電大戶，能否有效提高機械設備的節能效率、減少污染排放在很大程度上決定著企業的綜合競爭力。在煤礦機械電設備中融入變頻技術是節能減排、提高企業競爭力、保護環境、保證企業長期穩定發展的一個重要舉措。在當前煤礦開采作業中，機械設備的用電量占用電總量的70%以上，因此變頻技術具有很大的節能潛力，是煤礦開采企業節能減排的關鍵，在煤礦生產中具有十分重要的意義。變頻技術在得到重視后也憑借其良好的可控性和節能性迅速地進入到煤礦生產市場中，但是在進行變頻器的選擇時需要考慮多方面因素，綜合考察其實用性、可控性、安全性、可靠性及簡易性，選取合理高效的變頻設備。

1.3 變頻技術的發展

隨著科技的不斷進步和電子信息技術的飛速發展，變頻技術不管是在理論還是實際應用方面都獲得了長足的進展，并取得了十分可觀的成績。其智能控制模塊的發明、控制方式的改進、可實現功能的拓展以及綜合化水平的提高都有效地促進了變頻技術在各個領域的發展。隨著變頻技術在節能領域的優異效果，越來越多的生產行業開始嘗試使用變頻技術來控制生產機械設備的運轉，變頻技術的應用也越來越廣泛。依靠自動化控制和網絡技術，變頻技術的集成化程度也越來越高，不僅能夠在機械設備上實現基本的調速功能，還能通過計算機設備實現其通信、識別、編程功能。

2 變頻技術在煤礦機電設備中的應用

在煤礦生產領域，變頻技術的應用已經越來越廣泛、越來越普遍，變頻技術不僅能夠減少能源消耗，保護環境，而且能夠使得操作更加簡單、靈活、智能，能夠通過計算機技術實現設備的遠程控制和智能控制。

2.1 變頻技術在提升機中的應用

在煤礦開采作業當中，提升機的主要任務就是將礦山的礦料及工作人員安全地輸送到指定位置，在煤礦生產中具有十分重要的作用。提升設備具有速度變化復雜、停啟頻繁等特點，傳統的調速設備一般是將金屬電阻接入到機械設備的電機電路內部，通過調節電阻大小來調節電機轉速，這種傳統調速方式難免會帶來電阻消耗大、機械易發熱的缺點，而且電阻器的調速范圍也較小，精度相對不足，在提升裝置的下降過程中還需要額外的動力制動電源，增大了電能浪費，對設備和煤礦作業的安全性也帶來了威脅。

將變頻技術引入到煤礦提升機設備中，能夠從根本上解決傳統變速裝置所帶來的弊端，不僅能夠使提升裝置實現平穩、安全的加速減速及啟動停止，還能有效加強提升機設備的安全、使用等各方面性能，增強對電機電路的保護作用。變頻技術能夠借助計算機技術對提升機進行編程命令的編寫，準確控制電機工作系統中各個電路元件之間的邏輯關系，并減少電路中繼電器的使用數量，減少電路的建設和維修成本。變頻技術的控制精度相對傳統調速方法具有很大優勢，擴展性能較好，可以通過修改電路編程命令來實現對提升機系統功能的改變。此外，提升機的加減速和啟停都是通過電氣控制的，提高了設備的安全性，也減少了機械的磨擦和損耗，延長了機器的實際使用壽命。

2.2 變頻技術在皮帶機中的應用

在煤礦生產作業中，皮帶機相對提升機來說功率較大，其工作原理是通過電機轉動牽動皮帶運轉，從而將皮帶上的礦料沿皮帶運輸到目的地。皮帶的運轉需通過輪轂與皮帶的摩擦力來實現，皮帶機的啟動電流必須足夠大才能使得皮帶運轉。國內大部分煤礦的皮帶機裝置是通過液力耦合器來實現皮帶機軟啟動的，啟動時電機電流較大，不僅會造成電路電壓急劇變化，還會加劇皮帶的老化和斷裂。另外，耦合器在工作過程中會產生熱能，使得機器內部油溫升高，加速機械磨耗、老化，并對機器設備的安全性帶來不利影響。

將變頻技術引入到皮帶機中，能夠有效地實現皮帶機的軟啟動，增加機器在運行和啟停過程中的穩定性。變頻技術相對傳統耦合器來說能量的利用率也得到了顯著提升，在整個工作過程中能源利用率能夠達到90%以上，有效減少了能源消耗。變頻技術將耦合器替代后，也大大節約了設備的維護和修理費用，具有較好的經濟效益。

2.3 變頻技術在通風機中的應用

在煤礦開采作業中，通風機在所有設備中占有十分重要的地位，在井下作業過程中通風系統必須一直運轉，運轉時間較長，被形象地稱為煤礦開采工程的呼吸系統。隨著開采深度的不斷增大，對風壓的要求也越來越大，通風機所需要的功率也會隨開挖深度不斷變化。此外，通風機與皮帶機一樣，都存在啟動電流較大的問題，對電網設備具有一定的沖擊、磨擦和損耗。使用變頻技術對風機轉速進行控制能夠有效減少電能消耗，同時還能夠實現電機的軟啟動，延長風機的使用壽命。

2.4 變頻技術在采煤機中的應用

采煤機與提升機一樣，都具有啟停頻繁、變速復雜的特點，在引入變頻器時就應該考慮進行四象限工作。采用四象限工作形式能夠對采煤機進行較大范圍的控制和調節，確保采煤機的牽引速度能夠保持在一個較為穩定的水平，避免機器出現溜車、下滑等現象。此外，引入變頻技術后采煤機的操作也相對簡單，控制更加精確。

3 結語

將變頻技術應用到煤礦機電設備具有較好的前景，已經在我國煤礦生產行業實現了小規模應用，還有很長的路要走。在煤礦開采過程中，作業機械工種較多，對調速、啟停過程的要求也各不相同，要想變頻技術能夠廣泛應用在煤礦開采過程中就必須不斷更新變頻技術的多功能化，實現變頻技術在煤礦生產行業的廣泛應用。

參考文獻

[1] 張敏.礦山機電設備變頻控制技術研究[J].科技論壇，2012，（5）：23-24.

[2] 童小華，王高海.淺析礦山機電設備變頻控制技術[J].科教縱橫，2012，（5）：268-269.

作者簡介：王端煥（1970-），男，山東濟寧人，山東魯泰煤業有限公司鹿洼煤礦工程師，研究方向：高科技在煤礦機電的應用。

（責任編輯：周 瓊）