淺析礦山機電設備變頻控制技術

【摘要】變頻控制技術憑借其優越的調節性能，在礦山的地面和井下的提升、通風、采礦、運輸、選擇等各種礦山機電設備控制系統中得到廣泛的應用。本文首先針對變頻控制技術基本原理進行概述，然后再詳細闡明變頻控制技術在礦山機電設備當中實踐應用。

【關鍵詞】變頻控制；礦山機電；節能

0.引言

隨著國內計算機技術、電子信息技術、自動化控制技術、大功率輸出技術的迅猛發展，機電設備變頻技術同樣也得到了突破性的進展，而當今推崇的節約型、環保型社會，正是需要這樣的技術支持。眾所周知，對于采礦業而言，采礦時機電設備耗能比例相當大，這無疑給人類、環境都帶來了巨大的壓力，其中通風、提升、壓氣等設備損耗的電能，有很大一部分都是白白浪費掉的。變頻控制技術的出現，在很大程度上解決了節能的問題，隨著礦山礦業持續發展，此項技術的應用也越為廣泛起來。

1.變頻控制技術原理及其發展

交流變頻調速技術是包含了電力電子技術、點擊傳動技術、微機技術的綜合型應用，是結合機電與強弱電混合的綜合型技術。其實質是采用電力半導體器件通斷作用將工頻電源變換成為其他頻率的電能控制裝置，而基本原理是通過整理將工頻交流電壓轉換為直流電壓，再通過逆變器改變為頻率、電壓可調的交流電壓作為交流電機的驅動能源，使得電動機得到無級調速的電壓與電流，是一種無附加損耗的有效調速方式之一。變頻調速技術能根據電機負載的變化來實現自動、平滑的增減速，使得工作效率大幅度提高，因此此項技術在能源危機中產生并不斷發展。隨后在功率器件上更換了GTR、IGBT，同時經一部發展成為智能功率模塊。在控制技術上，壓頻比控制方式取得了很大的改進，在實際變頻器中矢量控制和轉矩直接控制方式的到了廣泛的應用，并同時開發出了模糊自動化控制、人工神經網絡等新的研究方向。調速系統集成化程度越來越高，產生了精簡指令集計算機、數字信號處理器、高級專用集成電路等單片機。特別是隨著變頻器不斷綜合化，在功能上不僅完成了基本調速功能，而且還通過內置設備而具有了參數辨識、可通信、可編程序等功能。

2.礦山機電設備變頻控制技術應用

2.1變頻控制技術在提升機設備中應用

在礦井當中，提升機的主要任務就是負責安全輸送物料以及人員，在礦井生產上具有舉足輕重的地位。其一般傳統型的方式就是首先將金屬電阻接入當電動機轉子電路內部，然后采用鼓型控制器或者接觸器切除電阻來進行調速。而其中不免伴隨有電阻能消耗過大、散熱性能差等問題。由于電阻調速調速范圍過小，也導致了精確度低的問題。在減速段和下放時需要動力制動直流電源或者是低頻電源，容易造成設備的損壞，并帶來了很大電能的浪費，而此時安全性能也受到了質疑。這樣在一定程度上就抑制了礦山安全生產和經濟運行的效率。

將變頻控制技術引入到礦井提升機驅動系統當中，便從根本上避免了上述的許多弊病，不僅實現了無級平穩的加速、減速。還提高了系統的各方面性能，增強了各方面的保護，其中具體優點如下：

（1）可通過編程器指令進行程序編寫，完成電控系統中的繼電器邏輯關系，同時控制電路圖和梯形圖相互轉換也十分方便。

（2）由于外部線路控制執行繼電器數量少，占用實際空間隨著減少，故障自然減少，基本上免除了維護。

（3）系統故障能夠通過觸摸顯示屏和編程器直接查出，處理簡單，同時檢測機械、電汽方面故障。

（4）控制精度較高，可擴展性強，通過修改內部程序即可完成對系統功能參數的改變，無須更改硬件接線，真正實現柔性控制。

（5）回饋制動，提升機負力狀態時，電機產生再生能量反饋至電網，明顯節約了電能，與此同時，制動力矩增大，提高了絞車下方安全性。

（6）速度和制動不是通過機械來完成，而是通過電氣來控制得，減少了系統沖擊，減少了機械磨損，延長了設備使用壽命。

2.2變頻技術在皮帶機中的應用

皮帶機的功率較提升機來說更大，它是通過然繞線電機經轉子繞組降壓啟動后工頻巡行，經液力耦合器切換到皮帶機。其工作原理是通過驅動輪轂，依靠摩擦力牽動皮帶運動，皮帶通過其特殊的張力變形以及摩擦力帶動在滾軸上運動。其中轉子串接電阻改善轉矩和減壓空載啟動等方法，但啟動電流還是過大，這樣容易產生電網電壓劇烈波動、電機內部機械沖激、發熱等現象。由于啟動時間過短，加大了皮帶斷裂、老化，要求皮帶任性夠強。液力耦合器運轉時引起內部油溫上升，磨碎部件程度加大等，既加大了維護難度與成本，還污染社會環境，導致難以功率平均和同步問題。采用變頻技術實現皮帶傳輸機軟起、軟停等運行方式，穩定了皮帶機工作性能。高壓變頻器采用了皮帶機能量回饋功能，進一步節約了能源消耗，同時也減少了其他設備的維護費用，節約資金，完善了環保方面。

2.3變頻控制技術在通風機中的應用

礦山主要設備當中，通風機當中主扇風機在礦物生產中具有重要地位。作為礦井主要通風設備，運轉時間長，被稱為是礦井中的“呼叫系統”。隨著開采和挖掘不斷深入，井下的風壓不斷增加，通風機需要的功率也在不斷增大。但通風機功率則成了礦井開采的重要問題。在礦山通風機設備采用了變頻調速之后，可以根據巷道的風量需求情況進行調速，避免了電能消耗，應用效果十分顯著。一般情況下要求兩臺電機的運行頻率盡量保持一致性，這樣才能避免形成風阻，影響風機正常運轉。

2.4變頻控制技術在井下絞車電控制系統中的應用

在電控系統和保護系統中采用變頻調速技術，其中有一些具體細節，輸入電源660V，頻率大小為50Hz，輸出功率可在0-50之間調節，電壓變動范圍必須保持在負15%到正10%，頻率變動的范圍保持在負2.5%到正2.5%，過載能力要強，在負載變化負120%到正120%額定負載中符合四象限運行要求。有自動轉矩提升功能，在低頻運轉的時候，能準確保證全部額定轉矩，保護好各個元件過熱現象。快開門方式應用于控制箱當中，電氣控制應用雙PLC全數字控制系統，硬件電路互相榮譽做好絞車提升控制與數字監控，并且在PLC發生故障能技術完成零食提升。在控制系統中配置正常操作，設置各種保護設備，其中過卷裝置、限速裝置和加速功能保護成為相互獨立的雙線模式。同時還是需要有保護試驗的功能。沒有發出信號不能啟動車，發出信號時間次數記憶要大于30天，是的聲光信號與控制回路具有閉鎖功能。電流溫度等指標能相對比較直觀。

3.結論

隨著國內采礦業不斷發展，機電設備自然也面臨著許多挑戰，而變頻技術的出現，提升了設備安全可靠性，并具有速度可調、操作簡單、工作效率高、占地面積小、拆裝方便以及節能降耗等特點，有效帶動了采礦業的生產運行效率。同時隨著變頻控制技術的不斷改進，相信在不久的未來將在各業當中都能得到廣泛的應用。

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