變頻調速技術在礦井井下運輸中的應用

王興祥

摘 要：目前，變頻調速控制技術在我國礦井的應用逐漸普及，該技術有效地提高了礦山設備的性能，在節能方面發揮了重要作用。本文分析了變頻調速技術在礦井中的應用及相關預防措施，為我國礦井井下運輸效率的提高提供了依據。

關鍵詞：變頻；礦井；運輸；應用

引言

變頻調速技術的基本定義是通過改變電源頻率來調節發動機轉速的連續平滑速度的方法。該技術主要應用于同步電動機和異步電動機，其速度可通過變頻的效果進行調整。變頻器控制技術的基本原理是基于電機運行速度和功率輸入頻率之間的關系，變頻調速技術的基本工作方式是改變電機轉速，通過改變電動機的工作頻率提高運輸效率。

一、變頻調速技術的概念

變頻調速技術的基本公式為： N=60 F（1- S）/ P.在該公式中，N是速度，F是輸入頻率，S是電動機滑差率，P是電動機極對。可以直接看出F、P、S的變化可以導致速度的最終變化。對于變頻調速的內容，各種變頻調速方法只需改變交流電機的同步速度或改變同步速度即可實現。

交流電動機發展的變頻調速技術具有悠久的歷史，它代表了世界變頻技術應用的起源。有兩種主要類型的交流電動機，一種是同步電動機，另一種是異步電動機。然而，異步電動機的速度控制性能在應用開始時不能與DC電動機相比，這就是為什么使用AC電動機進行速度控制已成為國際研究課題的原因。隨著世界電子技術的發展和進步，半導體通信技術的應用逐漸開始應用。此時，AC電動機速度控制方法通常用作繞線異步電動機。轉子串的速度控制，帶變速控制的籠式感應電動機。在20世紀20年代，變頻控制被人類認可，但當時技術相對不成熟，這導致了一個主要的技術限制：只有晶體管可用于形成逆變器，效果不是很明顯，沒有被廣泛使用。在五十年代中期，隨著科學技術的發展，晶體管開始出現，開創了電力電子技術發展的新紀元。20世紀70年代，電力電子技術逐步發展，開發了變頻調速技術。

二、變頻調速技術在礦井地下運輸中的應用

（1）變頻調速技術在礦井中的應用

提升機在礦井中的作用是整個礦井的重要組成部分，它是礦山運輸的重要運輸工具，也是礦山不可或缺的一部分。在礦山運輸中用設備運輸通過礦井的隧道鉆孔，礦石，廢礦，提升人員、設備和材料從礦井內運輸。因此，對于礦井中的提升機來說，它是礦山生產的關鍵，這是與礦山相關的所有內容的通道。因此，礦井中的提升機，無論各種類型，對電氣旋轉的要求都比較高，因為與礦井井下運輸直接相關的電動旋轉系統的正常運行，將對礦井的運輸產生很大影響，導致礦山生產效率的提高或降低。從本質上講，礦井電動升力系統的要求包括具有調節發動機轉速的良好功能，使調節發動機轉速的精度更加準確，正向轉動模式和反向轉動模式可以快速執行相關操作。在具體情況下，要準確開發功能和定位功能，提高安全可靠性。

（2）變頻調速技術的突出優點

眾所周知，變頻調速具有很多優點，具體來說，它主要涉及以下幾個方面：第一，無級平穩加減速的作用就是井下運輸系統的全面保證，要求穩定安全的工作條件。其次，功耗相對較低。它具有較低的啟動電流，不會影響整個井下運輸系統，因此具有非常好的節能效果。另一方面，啟動后，不需要配置串聯電阻，這大大降低了啟動時的功耗。最后，井下運輸系統還具有許多保護功能，同時保持高運行的穩定性和安全性。

（3）有效處理外部干擾

一是外部電網引起的故障。逆變器電源產生的諧波會對整個電網中的折疊式逆變器造成干擾。同時，有許多設備產生諧波源，包括照明電源等。不同的負載會導致電壓或電流的某些異常波形變化，并危及其他電氣設備。如果第一次問題沒有得到正確解決，電源噪聲將造成電源中斷驅動器的運行。

其次，逆變器會擾亂外部。由此產生的整流橋代表網絡的非線性負載，并且產生的諧波可能影響其他設備。由于逆變器裝置本質上是PWM技術，因此在開關狀態和高速開關期間會產生一些耦合噪聲。因此，變頻器可能會對礦井運輸系統中的相關設備造成電磁干擾。

（4）防止干擾的措施

首先屏蔽干擾源。這是該領域非常有效的方法和手段。在正常情況下，逆變器主要使用鐵殼來屏蔽其他電磁干擾，輸出線優選用鋼管屏蔽。問題是逆變器由外部信號控制得盡可能短，信號線的長度應為主電路的兩倍，并與主電路分開，要禁止將它們放在同一個插槽中。為了有效地提高屏蔽效果，屏蔽層應在施工過程中接地。

其次采用串聯電抗的連接。通常，低頻諧波具有相對較大比例的逆變器輸入電流。一方面，這妨礙了電力網絡中的其他裝置相對于低頻諧波分量的正常操作，另一方面增加了無功功率消耗，從而大大降低了線路功率因數。因此，通過仔細推斷可以得出結論，串聯電抗器的連接可以有效地防止諧波電流的產生。

第三是采用科學合理的處理方法。正確接地不僅可以保護電網免受外部影響，還可以減少設備對外界的影響。然而，在具體實踐中，電網中的中性線和地線相對模糊，并且屏蔽地線與由于這個原因，控制系統的主電路線之間的混亂連接要求系統的可靠性和安全性，逆變器的使用大大減少。主電路部分的正確接地可以顯著減少逆變器干擾。因此，我們必須高度重視這方面的研究。

三、變頻控制在礦井運輸系統中的應用

傳統控制系統通常使用PLC和定頻轉換的組合，經過長時間的探索，繼電器的使用可以大大減少誤差的發生，同時達到節能的目的。同時，PLC編程還可以通過手動和自動速度控制功能優化系統，大大提高了運輸系統的靈活性，使操作變得非常容易。此外，可以在傳輸系統中安裝同步開關，以實現對系統的有效控制。MATLAB仿真試驗表明，礦井井下運輸系統具有較高的抗干擾性能以及動靜態響應特性，可以非常有效地滿足生產要求。不難看出，變頻控制技術的引入可以為運輸系統提供非常明顯的改進，這不僅提高了工作效率，而且具有相對較好的影響。

（1）轉子回路的速度控制系統。在系統加速過程中，每個交流接觸器達到真空狀態，轉子的網絡電阻降低，以保持加速力的平均穩定性。為了實現低速提升機的操作，需要在轉子中插入相應大的電阻。通常可以將低頻電源施加到定子繞組以改善延遲部分的負功率狀態，這種方法稱為動態制動。如果提升機的發動機處于工作時間，則解決方案存在以下問題：1接觸控制問題。大容量開關的使用使得系統的維護更加困難并降低了操作的可靠性。2開關步進速度問題，系統加速度無法準確控制，因此速度控制不準確；3運行效率低，低速運行導致電阻消耗過大，不利于提高能效。4功耗為輸出功率的1/3，機械性能較弱。速度控制方案具有投資少、易于操作、易于使用等優點，并且用于小型礦井運輸系統中。

（2）模糊控制系統。二維輸入可用于控制提升機的速度。PLC系統的采樣功能確定精確的控制變量，并將相應的程序與用戶定義的程序進行比較，以獲得諸如誤差信號和錯誤率之類的參數。將誤差信號的準確量和誤差率轉換為模糊大小，然后通過模糊推理理論得到模糊控制量，實現去模糊化過程。最后，獲得控制信號并通過信號傳輸控制對象。模糊控制系統是非線性控制的一部分，其工作區域和應用領域非常大，應用面很大。缺點是應用程序的處理信息簡單，精度相對較低。

四、結論

總之，對于礦山中電氣和機械頻率控制技術的應用，實際效果通常要求采礦設備在大型設備中占主導地位，并且在正常運行中設備性能要求相對較高，特別是對于電動旋轉系統，有效利用這些大型設備是必要的。對于目前我國的礦井運輸設備來說，礦山的基礎設施建設相對落后，在生產過程中，大型工廠的礦山空間很小，因此必須進行設備的改進。根據實際情況，有效地使用變頻速度控制來控制設備的操作，目標是節約能源并提高礦山的整體盈利能力。

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