礦山機電設備變頻控制技術原理及應用研究

白景浩 嚴聰

摘要：隨著我國經濟的快速發展，自動化控制技術、計算機網絡技術等各種高新技術都取得了極大的進步。其中，變頻控制技術作為一種新型技術，具有較強的可調節性，已經廣泛應用于各行各業，尤其是在采礦業中，其優勢更為凸顯。將變頻控制技術應用于礦山生產中，可以減少對能源消耗，同時也為礦井的可持續發展奠定發了基礎。

關鍵詞：礦山;機電設備;變頻控制技術;原理;應用

1變頻控制技術簡介及其工作原理

一般來說，在進行礦山開發時不需要使煤礦機電設備長時間高負荷工作，要注意節約資源，將變頻控制技術應用在礦山開采中可以滿足以上需求，從而避免煤礦機電設備產生過剩力矩。變頻控制技術包括計算機技術、電力電子技術、電機傳動技術，在工作過程中將機械設備和強弱電技術相結合就形成了一種綜合性較強的新型技術。變頻控制技術的工作原理其實就是使交流電先通過半導體，然后變為其它頻率，接著再利用相關設備將交流電轉化為直流電，最后再利用逆變器實現對電流和電壓的調節和控制。通過上述過程就可以完成機電設備的無極調速。這種調速方式可以極大地減少損耗，節約資源的同時也減少了工作過程中對周圍環境造成的影響。此外，變頻技術在礦山機電設備中的應用主要是利用了電流頻率和電機轉速之間的同比增長關系，因此，變頻調速技術可以根據實際的工作量對速度進行改變，在工作負荷高時提升工作速度，在工作負荷較低時減小工作速度，通過上述方式，電流頻率對電機實際轉速形成控制，進而實現對礦山機電設備的有效控制。變頻技術中的電路有四個部分： 整流、直流、控制、逆變，這幾個部分相互作用、相輔相成，一起完成對礦山機電設備的控制。變頻技術可以保證機電設備的有效運行，控制設備運行的速度，提高設備運轉效率，節約能源，在礦山開采行業具有極大的應用前景。近年來，研究人員還研究出了模糊自動化控制、人工神經網絡等技術，在這些新型技術下，變頻控制調控系統集成化的程度也有了顯著的提高，一些新的控制系統例如高級專用集成電路也逐漸被應用到礦山開采中。隨著變頻器的不斷發展和優化，一些新的新的功能也在原本的調速功能上發展起來。例如編程、通信等等，這為變頻控制技術在礦山機電設備中的進一步應用奠定了基礎。

2礦山機電設備變頻控制技術的應用

2.1在采煤機中的具體應用

控制采煤機操作。在采煤機的操作過程中，停電和送電都會用到動力電纜控制芯線，通過遠控使采煤機的控制通路與組合開關動力回路相接。送電后，通過采煤機遙控器順序啟動油泵電機、截割電機、牽引電機，牽引過程中，牽引變壓器輸出575V交流電，并輸送至交流變頻調速電控系統。轉變成800Vdc。800Vdc 供給兩個逆變器模塊。逆變器模塊給電機提供頻率變化的電源。根據司機所選的牽引速度不同，逆變器的輸出頻率可以在0 到120Hz 間變化。牽引速度隨逆變器模塊輸出到電機的頻率變化而變化。

2.2 在膠帶運輸機中的具體應用

皮帶機在啟動的過程中會伴隨較大電流的產生，無疑會形成電機內部發熱發燙現象甚至造成電網電壓的波動。液力耦合器在工作過程中，內部的油溫容易升高較快，也存在內部部件的摩擦加大等現象，這些都在很大程度上增加了維修成本和維護難度。在膠帶運輸機中使用變頻器，啟動電流從零逐漸達到工作電流，其啟動轉矩可達額定轉矩的1.5～2 倍，可順利實現膠帶運輸機的重載啟動。其次，通過調整電源頻率可實現額定速度范圍內任意速度，保證生產需求。并且在膠帶運輸機中應用變頻技術也可節約大量電能，皮帶機較提升機而言，其功率更大，使用了變頻調速技術的皮帶機，其工作頻率和力矩均可根據自身承擔的負荷狀況來很好的調節和改變，使電機工頻能夠恒速運行，不僅運行安全而且高效節能。

2.3 提升設備中變頻控制技術的應用

以往的提升機工作模式就是先在電動機轉子電路內接入金屬電阻，然后再用接觸器將電阻切除，從而達到調節提升速度的目的。但是這種工作方式存在很多問題，例如電阻耗能量較大，提升機內部散熱性能較差、速度可調節范圍較小、調速精度較低等等。此外，在減速段和下放時存在動力制動，這一過程中來不及完全消耗電源的能量，這就造成了電能的浪費，同時也加大了對設備的損壞，降低了提升設備的安全性。將變頻技術應用到礦井提升驅動系統后，可以有效解決上述問題，一方面可以使提升機在較為穩定安全的狀態性進行減速、加速，這里的速度調節不是傳統的機械調節，而是電氣控制調節，這樣一來就可以大大減少提升機作業過程中產生的沖擊和摩擦，延長各種設備的使用壽命。另一方面，變頻控制技術還具有回饋制動的特點，當提升機處于負力情況時，電動機會產生再生能量并將其傳輸到電網，從而節約電能。除了上面說的兩點，變頻控制技術還能夠編寫程序和電控系統中的繼電器的邏輯關系，降低失誤，此外，變頻控制技術外部線路控制執行繼電器的數量比較少，可以大大節約生產成本，提高礦山開采的經濟效益。

3煤礦機電設備變頻控制技術的主要理論和發展趨勢

現階段在煤礦開采時期，機電設備使用的變頻控制技術含有這樣幾種，第一種就是電力電子技術，第二種就是微機技術，第三種是電機傳動技術。通過有效地使用這幾種技術，進而建立了我們國家煤礦機電設備中的變頻控制技術。變頻控制技術在使用的時候，能夠有效地聯系機電技術和強電弱點技術，進而產生一種綜合性較高的電子技術。變頻控制技術和技術要點就是充分使用電子半導體的有關部件有效地把工頻電源變化成其他工作頻率的工作電源，變頻控制技術的主要理論就是借助合理的梳理來把工頻交流電壓有效地轉化成直流電壓，之后借助有關的逆變器設施來改善之前的頻率以及電壓。如此能夠調節的電壓可以成為電動機的實際驅動電源來當做工作驅動，這樣電動機會接受無極調速電流和電壓。變頻調速控制技術可以實現無附加損耗的調速，這種形式屬于如今煤礦機電設備的主要調速形式的一種。

結束語

綜上所述，變頻控制技術作為一種新型的技術手段，可以廣泛應用于礦山作業中的機電設備、提升設備、通風設備等等，不僅可以延長設備的使用壽命，降低企業的生產成本，還可以提高設備運行的穩定性，保障設備的安全運行，提高煤礦機電設備加工和生產的效率，推動傳統機械作業方式的改變。雖然當前變頻控制技術已經廣泛應用于煤礦行業中，但是要想進一步提高生產水平，還要加強對變頻控制技術的研究，推動變頻控制技術在礦山機電設備中的進一步使用，才能提高我國煤礦生產效率。

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