探析變頻控制技術在煤礦機電設備中的應用

李忠仁

（四川省煤炭設計研究院 四川成都 610091）

摘要：伴隨著我國煤礦行業的迅速發展，越來越多的新技術、新工藝、新設備得到廣泛的應用，特別是變頻控制技術的應用具有重要意義，其中，變頻控制技術的工作原理主要是通過復雜的步驟，從而實現一種頻率電源向另一種頻率電源的轉換。然而，我國的煤礦地基非常大，且變頻器的數量一直處于不斷增加的狀態，從而推動變頻控制技術的進步與發展。伴隨著電子技術的快速發展，推動變頻器的進一步發展，其作為重要的煤礦機電設備得到十分廣泛的應用。本文主要針對于煤礦機電設備中的變頻控制技術展開分析。

關鍵詞：變頻控制技術；煤礦機電設備；應用

引言

近年來，隨著變頻技術的不斷成熟與完善，其在電力行業、機械行業以及其它各個行業都得到了廣泛的應用，并取得了很好的成績。也正是因為如此，變頻技術將廣泛地應用在社會的各行各業中。在煤炭領域中，變頻技術的應用范圍也是比較廣的，并充分發揮了其應有的價值，特別是存在露天礦井中以及在生產系統的電能設備中。因為變頻技術的出現解決了很多實際問題，大大提高了煤炭行業的生產效率。鑒于此，進行有關煤礦機電設備中變頻技術應用的研究是具有實際價值的，下文將具體分析和研究變頻技術的應用情況。

1變頻控制技術

在進行煤炭開采的過程中，大部分開采機械并不是在滿負荷情況下運行的，所以減少機械耗電量的同時，不能降低機械的工作效率，所以這時將變頻技術引入到煤礦企業的機電工程中就可實現節能減排的要求，降低開采成本。所謂變頻技術并不是指一種單一的技術，而是多種技術的綜合，主要包括以下幾種，分別是數控技術、電力電子技術及電機傳動技術等。機電工程中的變頻技術工作原理主要指的是在機械中安插一些半導體的構件，利用工頻電流信號將統一頻率轉化為不同的頻率。綜上所述，通過變頻技術可使電機在不影響工作效率的情況下，節約能源。

2變頻技術的發展原理

隨著科技的進步，電力電子技術和控制理論也隨之飛速發展，變頻技術的相關知識也逐漸進入到了各個行業中，其應用范圍也越來越廣泛。從功率器件方面出發，隨著 GTR、IGBT 的出現，該技術逐漸成為了智能功率模塊（IPM）非常重要的部分；控制理論方面，在壓頻比（U/f）這種控制方式上獲得了非常大改善，并且矢量控制和轉矩直接控制方式也同時成為了實際變頻器中的重要技術，而新技術更是將模塊自動化控制、人工神經網絡等控制方法作為了重點的研發方向；并且隨著調速系統的集成度越來越高，單片機的出現成功引導了該技術逐漸成熟，并成功做出了數字信號處理器（ DPS），之后又成功產生了精簡指令集計算機（RISC），最后高級專用集成電路（ASIC）也出現在行業中；從功能這個角度出發，我們可以看到變頻器的綜合化性能也隨著技術的發展越來越高，不僅能夠完成調速功能，同時也能夠完成內置的可變程序、參數辨識等各項功能。

電力電子技術、電機傳動技術等方面的綜合型應用屬于交流變頻調速技術，該技術是一項能夠充分融合機電與強弱電混合的綜合性技術。該技術實質主要是通過將電力半導體器件切斷、結合來改變工頻電源進而有效形成不同頻率的電能控制裝置，而該技術的主要工作原理是將工頻交流電壓通過有效的方式轉變成直流電壓，再結合逆變器的頻率及電壓進行調整，使得這種可以改變的交流電壓能夠成為交流電機的主要驅動來源，進而使電動機能夠獲得不同電壓及電流，這是一種低廉且低耗的調速方式。變頻調速技術能夠通過改變電機負載來改變自動、平滑的增加或減少速度，使生產效率能夠得到快速提高，為此，該技術在能源形勢日漸嚴峻的今天，獲得了廣泛的關注，并得到了不斷發展。

3 變頻技術在煤礦機電設備中的應用

3.1在提升機中的應用

在煤炭開采的工作中，需要頻繁地使用提升機來到達各工作地點，并且需要使用提升機來完成對開采工具、材料以及煤炭材料的運輸，因此，提升機對于每一個煤炭企業來說都是必不可少的設備之一。一般來說，提升機具有以下兩個特點：提升機的運動情況比較復雜；提升機的啟動以及停止行為比較頻繁。提升機在工作時，主要是利用安裝在機械設備內部的金屬電阻來完成對提升機的調速，而電機的轉速主要取決于該金屬電阻的阻值大小，因此，提升機在工作時就會消耗大量的電能。這種傳統的調速方法過于依賴額外動力來制動電源從而完成提升機的工作，安全性能較差。為了提高提升機在運行中的安全性并降低工作時對于電能的消耗，相關技術人員可以將變頻技術應用到煤礦提升設備中，從而最終實現對提升機的優化。

3.2采煤機中的應用

采煤設備構成較為繁瑣，很多作業環境惡劣的地區利用采煤機對整個作業的效率提升有極大的作用。采煤設備作為煤礦開采的主要機器，如果出現問題則對全礦生產有很大的影響。如今采煤設備經過革新與優化，其性能愈加完善，但是其出現的問題也愈加復雜，在很大程度上提高了維護修理工作的的難度。采煤機中運用變頻技術使得采煤設備的變頻調動速度體系得到了優化，從“一拖二”向“一拖一”發展，部分變頻設備（如能量回饋型四象限變頻器等）快速發展，由此提高了工作效率。提升了工作效果，延長了機器的使用期限，降低損耗，使得操作系統簡單便于運用。

3.3在帶式輸送機中的具體應用

帶式輸送機是井下主要的煤炭運輸設備，是通過驅動輪與膠帶之間的摩擦來轉動的，當帶式輸送機啟動時，需要電機提供很大的扭矩以便帶動膠帶運轉，將造成電路中的電壓瞬間增大，膠帶易老化斷裂，而耦合器產生很多的熱量，也會造成機器設備的老化與損壞，最終導致帶式輸送機的性能下降。將變頻技術應用到帶式輸送機中，在開始運轉時會更加穩定，對電能的使用也會更加高效，實踐顯示應用變頻技術的帶式輸送機會使得電能的使用效率大大提高。

3.4變頻技術在風機中的應用

在煤炭開采過程中，需保證井下的通風需求。由于工業技術水平限制，礦井內通風的設計方案也比較多，現階段主要是通過調整煤礦風機的位置來保證礦井內通風狀況，在位置移動過程中，不可避免就會給煤礦風機造成不必要的磨損，同時，不同位置需要煤礦風機的頻率也不相同，頻繁更換位置及頻率會影響煤礦風機使用效率。如果在使用煤礦風機的過程中加入變頻技術，就可使通風問題在開采過程中得到很好的解決，變頻在風機中的應用主要是使風機能在高效區運行，提高幾個百分點就會節約很多電能。使風機在高效區運行主要是通過調節角度和運用變頻技術，這樣能夠有效的減少一些不必要的資源的浪費，同時保證了煤炭開采順利進行。endprint

3.5變頻技術在煤礦空氣壓縮機中的應用

經過調查研究發現，井下風動工具在使用過程中需用到空氣壓縮機和交流電機，長時間處于工作狀態。現階段，空氣壓縮機在運行過程中會設置上限和下限，如果交流電機在工作過程中超過了空氣壓縮機所規定的上限，那么空氣壓縮機就會自動將進氣閥門關閉。此時，空氣壓縮機不產生壓縮氣體，所以電動機處于空載狀態，一定程度上造成了資源浪費。反之，如果達到了設定的下限值，那么空氣壓縮機就會打開進氣閥，產生壓縮氣體，使電動機處于重載狀態。在實際使用過程中，由于很難對空氣需求量進行評估，所以使得空氣的需求量與生產量不能對等，會造成供應不及時或資源的浪費，同時還會由于經常更換空氣壓縮機的頻率使得空氣壓縮機毀損。如果在空氣壓縮機使用過程中加入變頻技術，那么，可有效控制空氣的產生量，同時可防止由于經常更換頻率造成的對空氣壓縮機的損壞；同時，加入變頻設備以后，空氣壓縮機便于操作，準確性也有所提高，同時也比較好維護，在使用過程中不需人為對空氣壓縮機進行頻繁改動，針對不同的開采條件可預先設置使用頻率。變頻技術的加入能從根本上解決傳統空氣壓縮機加載和卸載供氣的控制方式，通過調整電機用氣量進對轉數進行自動調控，保證空氣壓縮機能順利進行，減少啟動次數及資源的浪費。

4變頻技術在中國煤炭產業中的應用展望

當今，變頻控制技術還在不斷成熟的過程中，因此在煤礦機電設備中的應用也會不斷更新和進步，在中國這一技術還沒完全在煤炭開采行業得到普及，因此，變頻控制技術在中國煤礦機電設備中的發展還具有較大潛力和空間，對其有以下幾方面的展望：a）需求量非常大。由于中國煤炭業相對比較發達，有眾多煤炭開采公司，所以要進行技術變革就需要大量變頻器，廣闊的市場在很大程度上促進了變頻控制技術發展；b）增強適應性，擴大適用范圍。如果變頻器能生產出各種型號的產品，就能實現與煤礦開采過程中所需各種機電設備的匹配，那么它的推廣空間就會更加廣闊；c）重視網絡化和多功能化的更新。在電子技術迅猛發展的大環境下，也推進了變頻器的控制及使用朝著多功能的方向發展，而目前隨著對變頻器的大力推廣使得其成為了煤礦網絡化管理中的關鍵模塊。

結語：變頻技術在煤炭領域的應用越發廣泛，具有非常大的潛力。在提倡節能環保的現在，煤炭行業要實現綠色發展，獲得長足進步，就必須靈活應用變頻技術，提高機電設備的應用效率，為企業與社會提供更優質的服務，提高中國整體的效益水平。

參考文獻：

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