變頻技術在煤礦機電設備中的應用探討

摘 要：現在我國越來越多的使用變頻技術，變頻技術在煤礦機電設備中的應用也是越來越廣泛，本文對變頻技術的原理和在煤礦機電設備中的應用進行了闡述，并對變頻技術的發展進行了描述。

關鍵詞：煤礦；機電設備；變頻技術

1 變頻技術的基本原理和發展

變頻技術是對設備的自動化控制的一種方式，主要采用改變交流電的頻率的方法，是一種現代化的無轉差損耗的調速方法。變頻技術，要根據機電設備的實際負載變化情況來使用，通過對設備運行參數的設定來改變設備的運行情況，當電動機的級數一定時，改變交流電的頻率，就可以改變電動機的轉速。當交流電的頻率在0到50Hz內變化時，電動機的轉速調節范圍是十分廣泛的，電動機的變頻調速就是通過這一原理通過改變電源的頻率來實現電動機的調速的。

機電設備的變頻技術在理論上和實際應用方面都取得了很大的發展，在控制理論上，壓頻比的控制方式得到了很大的改進，轉矩直接控制和矢量控制在實際生產中得到了廣泛的應用，人工神經網絡和模糊自由化控制在朝著高集成度的研發方向發展；功率器件在經過了GTR、IGBT的發展后朝著智能化功率模塊IPM進一步發展；變頻器在功能上，綜合性能得到進一步提升，除了能夠滿足最為基本的調速功能以外，還具備了內置可編程序、通信和參數辨識等功能；變頻器從最開始的單片機，到后來的精簡指令計算機和數字信號處理器DPS到現在的專用高級集成電路，變頻器的集成度是越來越高了。

2 我國煤礦機電設備中對變頻技術的應用

2.1 煤礦機電設備中對普通變頻技術的應用

普通變頻技術在煤礦生產領域中的應用十分廣泛，以實際應用為例，山東肥城礦業集團和山東科技大學聯合改造了空壓機電控制系統的變頻技術，使用一臺變頻器來輪換驅動兩臺空氣壓縮機，檢測了儲氣罐的壓力，實現了控制系統的壓力閉環狀態下的控制，自動的對空壓機的轉速和運轉臺數進行了調節；西龐煤礦的洗煤廠通過對機電技術進行改造，選用了西門子系統中模塊化設計的新一代多功能變頻器，這個系統擁有標準的參數結構，數字量的輸入、模擬量的輸入輸出，標準化的調試軟件和繼電器的輸出。該系統采用的是集成通信接口，安裝控制和操作都十分的靈活方便，用戶界面特別的友好。

2.2 煤礦機電設備中對交流四象限變頻器的應用

2.2.1 在膠帶輸送機和電鏟中的應用

由于四象限的變頻技術在興隆莊煤礦膠帶輸送機中的應用，使長期以來在液力耦合器裝置在使用時，下行的運輸皮帶機在啟動、制動、運行中所引起的電機失控的問題得到了很好的解決，進而令設備的使用年限得到了進一步延長。電鏟，即挖掘機是在露天的礦山上用來裝載礦石的大型機電設備。它的工作條件十分惡劣，尤其是在爆破不夠好的情況下進行挖根作業時，總是會出現較大的載荷沖擊，甚至是停轉現象。到20世紀后期，我國有小部分礦山從美國引進了一種采用新型變頻器控制的鼠籠式異步電動機控制系統，這種系統的機械特性曲線面積較大，是在四象限運行，能夠以較快的速度進行制動、加速減速和反轉。

2.2.2 在提升機中的應用

新柏煤礦公司通過和唐山開誠電器公司進行合作，選用四象限變頻系統并搭配使用湖南某公司生產的新型變頻防爆提升機，成為西北礦區第一家采用四象限變頻技術的先進企業。該系統采用了無速度的傳感器矢量控制方式，在四象限運行，設有欠壓、過壓、電機缺相、過流等保護措施。使用風光型提升機變頻器作為提升機的專用變頻器，該系統已經實現完全的數字化控制，并且能夠進行遠程控制。

2.2.3 在采煤機中應用

隨著技術水平的發展，采煤機變頻系統已經發展為“一拖一”。我國的能量回饋型四象限交流變頻采煤技術已經領先世界，國產的電牽引的采煤機的行走功率和變頻器電壓比較大，實現了在額定轉速以上的恒定功率調速和額定轉速下的恒定轉矩調速以及兩臺變頻器之間的轉矩平衡和主從控制。太原礦山機械集團所生產的新型電牽引采煤機采用了回饋的四象限變頻器，應用于開灤集團的范各莊礦區。從現場的運行情況看，四象限變頻器電牽引機在大傾角的工作面上能夠在較大范圍內對制動力矩進行調節。保持牽引速度相對穩定，機器也未發生跑車的現象，且結構簡單，操作方便，控制靈活，速度調節可靠。太原礦山機械集團公司創新研制成功了930kW的電牽引采煤機，靈活的將四象限運行的變頻技術應用到采煤機中，解決了長久以來電牽引采煤機在大傾角工作面進行采煤的技術難題，而且在牽引系統和智能化控制方面具有獨特創新。采煤機局部實現了智能化控制，使采煤機械整體達到了國際水平。

2.3 變頻調速在風機的應用

根據文獻記載，楊村礦礦南的風井在風機改造的過程中，采用一臺變頻器控制兩臺電機的方法，用新型低壓鼠籠式異步電動機替換下了原有的高壓繞線式電動機。經過改造之后，實際轉速與改進前的最低轉速相比降低了70r/min，而電機實際的輸出功率則是改進之前的三分之一，且風壓和風量比之前更適合礦井本身的特性，平均每年能夠節約的電費幾十萬元。某省的礦山和某電器公司進行合作，研制出一套ZJT-30礦用隔爆兼本質安全型智能化變頻凋速系統，工作電壓為660V，散熱方式為IGBT散熱方式，能夠帶動28kW局部通風機，具有瓦斯電、風電閉鎖功能、載波頻率調整功能、超溫下斷電功能、過流下短路保護功能以及遠程控制等功能，它的性能已經達到了要求防爆的標準，這一舉措為我國礦山企業的節能做出了一定的貢獻。

2.4 變頻調速在水泵中的應用

來自中國某礦業大學的宋杰等人，采用變頻器和PLC控制器，設計了一套適用于煤礦井下排水泵站的監控系統。整個系統中，變頻器能對抽水泵實現平滑起停控制以及適時、合理的加減速控制，進而保證了井下水倉液位的穩定，起到了降低能耗和減少泵空轉時間的作用，與此同時，機械設備的損耗也得到了降低。此外，PLC控制器的采用，使得對變頻器的自動控制更為靈活和智能，進而保證了生產的安全性和高效性。孔莊選煤廠在符合要求的介質泵上安裝變頻器，通過在線對水泵的轉速的調節來控制重介旋流器的人料壓力，從而降低了由于啟動電流偏大而造成的電耗增大，使開停車的次數得到減少，在避免變壓器跳電的同時，也提高了產品的質量。而且，生產實踐表明，由于變頻調速技術的引進，該選煤廠每年的新增精煤創造收入約為216萬元。

3 結束語

隨著當今電力電子技術與微電子技術的快速發展，高壓大功率變頻調速裝置日趨成熟，一直以來難以解決的高壓問題有了較為合理的解決辦法。交流電機變頻調速是目前節約電能，提高產品質量，改善生產工藝流程，以及改善運行環境的一種重要手段。由于變頻調速具有高效率，高功率因數，以及較好的調速和啟制動性能等特點，被國內外公認為是當前最有發展空間和前途的調速方式。雖然變頻技術在礦山機電設備中的應用在逐漸增多，但是應用的范圍還不夠廣泛，許多大型設備，國外已經開始了相應的變頻技術的應用，而我國還在處于研發過程當中，因此，變頻技術在我國煤礦機電設備中的使用還有十分廣闊的發展空間，需要我們進一步開發和研究。

參考文獻

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