淺談煤礦機電設備變頻調控技術的應用

郭有紅

（山西省同煤集團公司煤峪口礦機電科，山西 大同037041）

0 引言

交流電機變頻調控技術的突破性發展可以說是建立在多種技術基礎之上的，集合了多種技術的優點，同時又高于這些技術，是伴隨著這些技術的迅速發展而逐漸發展起來的一項新技術。可以說這種技術順應了當今世界節能環保的新要求，在減少電耗方面是一個重大突破。

1 變頻調控技術的應用原理

變頻調控技術的應用原理實質上是電子技術、計算機技術、自動化控制技術以及大功率輸出技術的綜合應用，且伴隨著這些技術的發展變化不斷更新完善，同時變頻調控技術的應用原理還涉及微機技術和電機轉動技術，集合了不同技術的不同特點，所以說變頻調控技術的應用原理不能單談調控技術。但正是由于集合了這幾種技術的不同特點才逐漸形成了變頻調控技術的機電一體化，所以說變頻調控技術是機電一體化的綜合應用實例。

2 變頻調控技術在煤礦機電設備中的應用

煤礦行業作為傳統型的行業，陳舊的機械技術已經不適應社會的發展需求，所以必須進行機械技術的更新。下面從主通風機、礦井提升機、皮帶機及井下絞車4個方面來介紹變頻調控技術在煤礦機電設備中的應用情況，具體如下：

2．1 變頻調控技術在煤礦主通風設備中的應用

2．1．1 主通風設備的重要性

主通風機械設備是煤礦行業的四大主要設備之一，是煤礦行業中的“呼吸系統”，在煤礦企業生產中的作用非常重要。如果主通風設備運作出現問題，整個作業流程都會停止，所以變頻調控技術的應用首先必須從主通風設備入手。對于煤礦行業礦井作業中的主通風機械來說，要承受的是每天不間斷的運作轉動，就像人的呼吸系統一樣，只要煤礦采礦作業在進行，主通風機械就要一直運作，可見主通風機械作用之重要。但另一方面，伴隨著煤礦開采以及挖掘的不斷深入，煤礦的巷道不斷延伸，這種情況下即使風量不變，煤礦礦井下面所需要的風的壓力整體上還是要不斷增加，這就要求主通風機械的功率也要逐漸增加。所以，煤礦礦井開采過程中會按不同階段要求使用不同型號的主通風機械，這就在無形之中增加了總成本。如一臺主通風機械能滿足不同的功率要求，那么整體成本必將有所下降，同時耗能也會減少。

2．1．2 變頻調控技術的應用

煤礦中的通風機械使用變頻調控技術不僅能夠節約電耗，同時在作業過程中還能夠根據不同的風量需求進行及時調控，既能滿足不同狀況的要求，還能節約電耗。這主要是因為變頻控制技術的使用已經使得主通風機械不再像以前一樣處于滿負荷的狀態，所以效果十分理想。使用變頻控制技術對通風機械進行改造之后，能夠實現通風機械的變頻軟啟動，同時還能有效避免啟動電流的不必要沖擊，這也無形中保護了電網，使其徹底擺脫了以前的啟動電流沖擊。另外，應用這種技術還能夠隨時隨地進行停止和啟動。

在運作過程中，因為主通風機械大部分時間都是在比較低的速度下運行的，這就在很大程度上降低了機械的作業強度以及電氣的強大沖擊，從而延長了主風機的使用壽命。同時由于改造后避免了很多不必要的沖擊，這樣還能減少維修的次數和成本。如果煤礦使用旋風機，在使用變頻調控后，在運作過程中便要求2臺旋風機的頻率保持大體一致，這樣主要是為了保證機械的轉速一致，避免因為轉速不一致而形成不必要的風阻，進而影響機械的運行。

2．2 變頻調控技術在煤礦提升機中的應用

煤礦企業中的礦井提升機主要作用是進行相關物料及工作人員的輸送，是煤礦生產運作中的重要設備。對于提升機的更新調控，傳統方法主要是使用電動機在轉子電路中接上相應的金屬電阻，再用控制器或者是接觸器將電阻阻斷來實現最終調速，這些主要的控制裝置不足之處主要是電阻能耗高以及散熱問題比較棘手。使用電阻裝置調速屬于有機調速，整體的調速范圍比較小，精度比較低，最重要的是安全性能比較差，在進行減速的過程中需要進行制動電流的投切或者是低頻率電源的投切，這樣容易造成設備的不必要損害，同時還會產生過多的電耗。變頻控制技術在提升機中的運用能夠在很大程度上降低不必要的能耗，提高安全性能和精度，最重要的是能夠從根本上解決以前電阻調控中存在的很多問題，實現無級狀態下的平穩調速，進而提升整個系統的安全性能，節約不必要的電能消耗，減少維修成本。

2．3 變頻調控技術在煤礦皮帶機中的應用

皮帶機的工作原理和提升機在很大程度上是相同的，二者最主要的不同點就是提升機在進行井下作業的過程中功率明顯大于皮帶機。皮帶機的啟動和運行方式為：繞線電機經轉子繞組降壓啟動后工頻運行，再經過液力耦合器進行切換，進而切換到皮帶機。我們國家多數煤礦中使用的是液力耦合器來實現皮帶機的軟啟動，這種情況下在啟動時就要調整液力耦合器的整體效率，將整體的機械效率調整為0，這主要是為了能夠使電機進行空載啟動。

但是盡管使用了轉子串接電阻，能夠改善啟動過程中的轉矩和降壓實現空載，但電機在啟動過程中電流還是相對比較大的，這樣就會引起電網和電壓的劇烈變動，嚴重的話還會造成電氣機械內部的不必要沖擊和發熱等嚴重現象。另外，使用液力耦合器進行啟動的過程中，因為啟動時間會很短，加上加載的合力比較大，這就容易引起皮帶的斷裂和老化，因此對皮帶的要求非常高。同時，長時間的作業還會使內部溫度升高以及功率大幅度波動等現象發生。

下面我們重點介紹一下變頻控制技術在皮帶機中的應用。皮帶機在經過變頻調控技術的深入改造之后能徹底實現機械的軟啟動以及軟停運，能夠使得機械的整體作業性能更加穩定。整個系統在使用了變頻調控技術進行調控之后功率因數能夠達到90%以上，節省了大量的無功功率，同時在使用了這種變頻調控技術調節之后，系統整體的總輸送功率能夠比液力耦合器的總驅動功率高出10%左右。改造之后的系統還能夠根據不同的情況對不同負荷工況下的系統進行調控，主要是調節輸出和輸入的頻率變動，這改變了以前電機機械恒速運行的模式，很大程度上能夠節約電能。

2．4 變頻調控技術在煤礦礦井絞車中的應用

變頻調控技術在礦井絞車中的應用涉及電控系統和保護系統2個方面，使用變頻調控技術改進就要保證輸出的電源是660 V、50 Hz，因為這種情況下電壓允許的整體波動范圍是－10%～10%，允許的頻率波動范圍是－2．5%～2．5%，同時還有其他數據的變化和自動轉矩提升功能。這些數據的變化完全能夠保證絞車在100%情況下的定轉矩，同時還有過壓、欠壓、過流以及斷相等多重保護。

3 結語

本文重點介紹了變頻調控技術在煤礦機電設備中的應用情況。變頻調控技術的應用一方面改善了煤礦行業的整體環境，極大地促進了煤礦行業工作效率的提高，另一方面在很大程度上也起到了節能和降低煤礦行業生產成本的目的，相信這種技術的應用能夠不斷地推動煤礦行業的發展。

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