煤礦機(jī)電設(shè)備變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用

高鐘哲

(陽泉煤業(yè)集團(tuán)基本建設(shè)工程管理部，山西陽泉04500)

隨著變頻控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅在很大程度上提高了我國煤礦企業(yè)的生產(chǎn)、加工效率，降低了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本，還進(jìn)一步做到了煤礦機(jī)電設(shè)備的節(jié)能環(huán)保，加強(qiáng)了煤礦企業(yè)的市場競爭能力。如何做好變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用就顯得尤為重要。

1 變頻調(diào)控技術(shù)應(yīng)用的原理

變頻調(diào)控技術(shù)是指:計(jì)算機(jī)技術(shù)、大功率輸出技術(shù)、自動化控制技術(shù)和電子技術(shù)等綜合的應(yīng)用，并會隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展而更加的完善。變頻調(diào)控技術(shù)應(yīng)用的原理同時也涉及到了電機(jī)轉(zhuǎn)動和微機(jī)技術(shù)，且集合了這些技術(shù)的特點(diǎn)，因此變頻調(diào)控技術(shù)應(yīng)用的原理不能單獨(dú)的探討調(diào)控技術(shù)。變頻調(diào)控技術(shù)是屬于強(qiáng)弱電的混合及機(jī)電一體化的綜合性技術(shù)，變頻調(diào)控技術(shù)是根據(jù)電力半導(dǎo)體的技術(shù)，控制工頻電源中產(chǎn)生的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換的裝置，其工作原理，主要利用了整流橋?qū)ゎl電流中產(chǎn)生直流電壓和交流電壓之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)而使交流電機(jī)在驅(qū)動電源經(jīng)過逆變器的時候，實(shí)現(xiàn)頻率和電壓雙向的調(diào)節(jié)。所以，變頻控制技術(shù)可以說是不具有附加的轉(zhuǎn)差損耗高效率的調(diào)速方式。

2 變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

2.1 煤礦通風(fēng)設(shè)備的變頻控制技術(shù)

煤礦通風(fēng)機(jī)作為煤礦井下通風(fēng)、除塵系統(tǒng)的一個重要設(shè)備，其主要的作用是為井下作業(yè)人員輸送氧氣，排除有害粉塵氣體，確保煤礦作業(yè)人員的生命安全。可以說煤礦通風(fēng)機(jī)是保證煤礦企業(yè)生產(chǎn)安全的重要技術(shù)裝備之一，也是煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分，在煤礦企業(yè)的生產(chǎn)、加工中有著極其重要的意義。尤其是主扇風(fēng)機(jī)作為通風(fēng)機(jī)重要組成部分，其在井下始終是24 h 無間斷工作，為井下作業(yè)人員提供了生存所必須的氧氣。變頻控制技術(shù)在通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的隨時調(diào)節(jié)，滿足氧氣輸送的根本需求，也節(jié)約了大量的電費(fèi)，做到了節(jié)能減排，降低企業(yè)的成本。變頻控制技術(shù)被越來越多的應(yīng)用于煤礦通風(fēng)設(shè)備。

2.2 變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦提升機(jī)中的應(yīng)用

煤礦企業(yè)中的礦井提升機(jī)主要作用是進(jìn)行相關(guān)物料及工作人員的輸送，是煤礦生產(chǎn)運(yùn)作中的重要設(shè)備。對于提升機(jī)的更新調(diào)控，傳統(tǒng)方法主要是使用電動機(jī)在轉(zhuǎn)子電路中接上相應(yīng)的金屬電阻，再用控制器或者是接觸器將電阻阻斷來實(shí)現(xiàn)最終調(diào)速，這些主要的控制裝置不足之處是電阻能耗高以及散熱問題比較棘手。使用電阻裝置調(diào)速屬于有機(jī)調(diào)速，整體的調(diào)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(jìn)行減速的過程中需要進(jìn)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(shè)備不必要的損害，還會產(chǎn)生過多的電耗。變頻控制技術(shù)在提升機(jī)中的運(yùn)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電阻調(diào)控中存在的很多問題，實(shí)現(xiàn)無級狀態(tài)下的平穩(wěn)調(diào)速，提升整個系統(tǒng)的安全性能，節(jié)約電能消耗，減少維修成本。

2.3 變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦皮帶機(jī)中的應(yīng)用

皮帶機(jī)的工作原理和提升機(jī)在很大程度上是相同的，二者最主要的不同點(diǎn)就是提升機(jī)在進(jìn)行井下作業(yè)的過程中功率明顯大于皮帶機(jī)。皮帶機(jī)的啟動和運(yùn)行方式為:繞線電機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組降壓啟動后工頻運(yùn)行，再經(jīng)過液力耦合器進(jìn)行切換，進(jìn)而切換到皮帶機(jī)。我國多數(shù)煤礦中使用的是液力耦合器來實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的軟啟動，這種情況下在啟動時就要調(diào)整液力耦合器的整體效率，將整體的機(jī)械效率調(diào)整為0，這主要是為了能夠使電機(jī)進(jìn)行空載啟動。使用轉(zhuǎn)子串接電阻，能夠改善啟動過程中的轉(zhuǎn)矩和降壓實(shí)現(xiàn)空載，但電機(jī)在啟動過程中電流相對比較大，這樣會引起電網(wǎng)和電壓的劇烈變動，甚至?xí)斐呻姎鈾C(jī)械內(nèi)部不必要沖擊和發(fā)熱等嚴(yán)重現(xiàn)象。使用液力耦合器進(jìn)行啟動的過程中，因?yàn)閱訒r間很短，加上加載的合力比較大，就容易引起皮帶的斷裂和老化，因此對皮帶的要求非常高。

2.4 電控絞車系統(tǒng)的變頻控制技術(shù)

傳統(tǒng)的斜井絞車控制系統(tǒng)，其普遍采用交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)，電阻的投切用繼電器—交流接觸器控制。而這種控制系統(tǒng)，由于調(diào)速過程中交流接觸器的動作過于頻繁，設(shè)備運(yùn)行的時間也較長，交流接觸器主觸頭極易發(fā)生氧化，進(jìn)而引發(fā)設(shè)備故障。對提升機(jī)速度控制性能也較差，經(jīng)常會造成停車位置不準(zhǔn)確的問題發(fā)生。而變頻調(diào)控技術(shù)在電控絞車系統(tǒng)中的應(yīng)用，其可將電壓波動普遍控制在-15% ～+10% 之間，頻率波動允許范圍為±2.5%，輸入電源則定位660 V、50 Hz，輸出功率為200 kW、頻率為0 ～50 Hz 并具有連續(xù)的可調(diào)性。可以說變頻控制技術(shù)在電控絞車系統(tǒng)中的應(yīng)用，在一定程度上，增加了電控絞車系統(tǒng)的過載能力，使其額定負(fù)載在-120%～+120% 區(qū)間內(nèi)可以充分滿足運(yùn)行要求。提升了自動轉(zhuǎn)矩的低頻運(yùn)轉(zhuǎn)能力，確保了其自身的額定轉(zhuǎn)矩，增加了對元件過熱與欠壓等的保護(hù)。

2.5 PLC 在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著我國工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中一種不可缺少的技術(shù)，而數(shù)控技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與PLC 應(yīng)用有著密切的關(guān)系。目前常見的數(shù)控系統(tǒng)主要有3 種，即點(diǎn)位控制系統(tǒng)、直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。在工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控系統(tǒng)主要用于機(jī)械加工，其中點(diǎn)位控制一般用于孔加工機(jī)床，如鉆孔機(jī)床、鏜孔機(jī)床等，為了在加工過程中實(shí)現(xiàn)由一個位置向另一個位置的精確移動，一般來說并不考慮加工物體的運(yùn)動軌跡，移動過程中一般不進(jìn)行加工。目前，數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要有2 種方式，即全功能數(shù)控裝置和單板機(jī)控制，這2 種控制系統(tǒng)都應(yīng)用了PLC，只不過在功能和應(yīng)用范圍上有很大的區(qū)別。全功能數(shù)控裝置的功能非常完善，但是價格非常昂貴，對于一些企業(yè)來說這種裝置的許多功能完全是多余的。為了滿足一般企業(yè)的發(fā)展需要，市場上出現(xiàn)了基于PLC 的單板機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為了解決傳統(tǒng)單片機(jī)中長期存在的設(shè)計(jì)硬件電路、接口電路、驅(qū)動電路和抗干擾問題，不僅能根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)整機(jī)床功能，還能根據(jù)技術(shù)進(jìn)步對機(jī)床功能進(jìn)行升級，這一點(diǎn)滿足了很多中小企業(yè)的發(fā)展需要，增加了企業(yè)經(jīng)營管理的靈活性。

3 結(jié)語

變頻控制技術(shù)作為先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，其在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用，不僅提高了煤礦機(jī)電設(shè)備的加工、生產(chǎn)效率，降低了煤礦企業(yè)的加工、生產(chǎn)成本，還在很大程度上進(jìn)一步改變了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)、加工環(huán)境，改變了傳統(tǒng)的機(jī)械作業(yè)手段。因此，加強(qiáng)變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用，已成為衡量一個煤礦企業(yè)現(xiàn)代化水平的重要手段，也成為促進(jìn)煤礦企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

［1］潘美君.PLC 和變頻器在橋式起重機(jī)的運(yùn)用［J］. 自動化應(yīng)用，2010(3).

［2］邵國良.基于PLC 的主運(yùn)輸皮帶智能控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］.中國礦業(yè)，2012(S1).