礦山機電設備變頻控制技術分析

劉占波 宗海東 魏志慧

[摘? ? 要]在礦山開采過程中，由于礦山機電設備所消耗的能源較大，產出和消耗不成比例，因此受到人們的廣泛關注。近年來，我國在變頻控制技術方面的資金與精力投入不斷加大，且把此種控制技術推廣到機電生產與礦山領域，合理化應用變頻控制技術，能實現對機電設備功耗的合理化控制，有利于延長機電設備的實際使用壽命，也推動了我國礦山產業的進一步發展。對此，本文就礦山機電設備變頻控制技術展開了相關的分析與研究。

[關鍵詞]礦山;機電設備;變頻控制技術

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）03–000–03

[Abstract]In the process of mining， the energy consumed by mine electromechanical equipment is relatively large， and the output is disproportionate to the consumption， which has attracted widespread attention. In recent years， Chinas capital and energy investment in frequency conversion control technology has continued to increase， and this type of control technology has been extended to the fields of electromechanical production and mining. The rationalized application of frequency conversion control technology can realize the rationalization of the power consumption of electromechanical equipment. Control is conducive to extending the actual service life of electromechanical equipment， and it also promotes the further development of China's mining industry. In this regard， this article has carried out relevant analysis and research on the frequency conversion control technology of mine electromechanical equipment.

[Keywords]mine; electromechanical equipment; frequency conversion control technology

礦山產業為整個社會和工業發展提供了一定的能源，是我國的重點發展產業，且我國礦山企業擁有相對先進的設備與技術。如今，人們對能源的需求量逐步增加，且礦產資源的產量也受到了國家的重視，對此，將相關的科學技術應用到礦山機電設備中具有重要意義。其中以變頻控制技術為典型的科技元素逐步被注入到礦山機電設備系統中。目前，礦山數量在不斷增加，變頻控制技術在整個礦山機電設備中的應用，大大提高了機電設備的運行效率。

1 變頻控制技術的基本原理與發展現狀分析

通常情況下，礦山機電設備無需長時間且滿負荷的運行，為了滿足礦山開發與資源保護的基本要求，可將變頻控制技術應用到礦山開發之中，以防止機電設備產生過剩的力矩。變頻調速技術主要包括計算機技術、電力電子技術與電機驅動技術。在變頻調速技術應用的過程中，主要是將機械設備與強弱電技術進行有機的結合，以形成一種強大而創新型的技術體系。

1.1 變頻控制技術的基本原理

1.1.1 電壓轉換與調速

（1）變頻控制技術在礦山機電設備中的應用。為實現電子技術、危機管理技術和電子傳輸技術的有機結合，機電設備主要利用電能實現混合處理的綜合技術。其主要目的是利用功率半導體器件的實際開關效應，使工頻電源及時轉換為另一種變頻調速裝置。

（2）變頻技術在煤礦機電設備中的應用，.主要是將變頻技術轉化為一般的電流和電壓，通過改變其頻率來實現互用。在這一過程中，交流電壓成為實現無級調速的重要驅動電源，電壓的基本要求也達到了無損調速的目的。

1.1.2 提高整體性能

結合變頻控制技術的基本運行原理，通過調速的方式來應對礦山機電設備的基本負荷變化，以達到自動加減速的效果，有利于提高礦山的基本運行效率。變頻控制技術的應用就是矢量控制與轉矩直接控制的有機結合，而共同研發的智能化自動控制系統，主要是借助數字信號處理技術與單片機通過集成電路來科學的進行調速，從而達到參數識別與合理化編程，以達到智能化管理效果，更好的應用到礦山機電設備之中。

1.1.3 變頻控制技術發展現狀分析

目前，變頻控制技術仍舊處于積極發展的狀態，最關鍵的是核心功率器件進一步的發展。變頻控制技術具有很好的智能化優勢，旨在達到直接控制的目的，從而體現變頻調速的高效性。近年來，隨著科學技術的逐步發展，電子信息技術、自動控制技術、計算機技術和大功率輸出技術的應用，使變頻控制技術在煤礦機電設備中的應用有了很大的突破。目前，各個行業都在積極地推進環保工作，通過相關的分析可得知，電氣設備、采礦、機械與礦山的能耗量比較大，會對周邊環境造成嚴重的負擔，從而影響到人們的實際生活，這主要是由于壓氣、通風等設備會耗費大量的電能。為優化與完善變頻控制技術，使其能夠更大程度處理好節能問題，從而獲得理想的效果。近些年來，通過對神經網絡的研發與設計，促使變頻控制技術更好地應用到智能控制系統之中，使得變頻技術在機電設備中的應用范圍逐步拓寬。借助變頻控制技術能提高開發效率，有利于推動礦山運行系統的進一步發展。把變頻控制技術應用在礦山機電設備中，能有效提高內部編程效率，能精準識別各項參數性，便于煤礦機電設備安全而穩定的運行。

2 礦山機電設備變頻控制技術的應用

2.1 變頻控制技術在提升機中的應用

在礦山運行系統中，提升機具有高度的存在價值，其主要負責人員與物料的安全運輸，在整個礦山生產體系中發揮著十分重要的作用。通常情況下，先通過電動機轉子電路與金屬電阻器進行有效地連接，利用接觸器關閉電阻或鼓型控制器來調節速度，由于電頻范圍不造成的電阻消耗過大、散熱性較差，且精度比較低等問題，在提升機下坡或減速段所設置的直流電源與低頻電源，容易造成嚴重的資源浪費。將變頻控制技術應用到提升機驅動系統內，主要是能夠從根本上排除一系列的缺點，以達到無極加速與減速的目的，以提高系統的保護性能，其主要優勢表現如下：

（1）相關的編程工作可通過程序員的具體指令來完成，為控制與處理好繼電器的邏輯關系，電路圖和梯形圖之間的有效轉換更容易控制。

（2）由于外部線路繼電器的實際數量大大減少，其所占據的空間也在逐步下降，使得維護成本與故障發生概率大大降低。

（3）借助觸摸屏與編程器能夠很好的檢測出系統存在的故障，能及時檢測出機械故障與電氣故障。

（4）擴展性能與控制精度大大提高。為更好的修改內部程序，其在不改變硬件連接的基礎上，實現系統功能參數的不斷變化，以達到柔性控制的目的。

（5）當提升機處于一種負力狀態之下，電動機所產生的再生能量會回饋給電網，能有效節約電能，且由于自動力矩的逐步增加，促使轎車安全性能逐步提高。

（6）變頻控制技術的應用，有利于促進提升機速度的控制與制動，可大大降低系統設備的磨損率，能有效延長機械設備的使用壽命。

2.2 變頻控制技術帶式輸送機上的應用

帶式輸送機的功率大于提升機的基本功率。它主要是通過繞線電機的轉子繞線來達到工頻運行的基本目的，并通過液力偶合器輸送到帶式輸送機部分。帶式輸送機的基本工作原理主要是利用輪轂的有效轉動、摩擦驅動和張力變形使皮帶在滾筒上運動。傳統的礦石輸送帶由于大電流起動，運行質量和傳動效率容易受到熱機械沖擊和電機電壓波動的影響。由于啟動時間較短，皮帶斷裂老化，對皮帶韌性要求較高。此外，液力偶合器使機械零件的磨削程度逐漸提高，容易出現內部溫升、運轉不良等各種問題，也極易造成更嚴重的環境污染。如果要解決液力偶合器的啟動問題，可以將變頻技術引入帶式輸送機，實現帶式輸送機的軟停軟啟動，使帶式輸送機運行更加平穩。通過調節輸出轉矩和頻率，改變和優化電機的工頻恒速運行方式，不僅可以降低能耗，而且可以大大提高帶式輸送機的運行功率。

2.3 變頻控制技術在井下絞車電控制系統中的應用

將變頻調速技術應用到電控系統與保護系統內，不過要注意各項細節，要求輸入電源是660V，頻率為50Hz，而輸出功率則要調整到0～50W，而電壓變動則要控制在-15%～10%，頻率調控到-2.5%～2.5%，需要強化過載能力，在負載變化方面，最低為-120%，最高荷載為120%的額定負載，從而滿足四象限運轉的條件。此外，還支持自動轉矩的提升，在低頻運轉條件下，能夠保證額定轉矩，可對元件過熱問題展開規范化的處理。當控制箱選擇快開門方式時，電氣控制應選擇雙PLC數字控制系統。硬件電路應強化對絞車的規范化控制，以達到數字化監控的目的。此外，當PLC遭遇故障時，需要進行穩步地提升。在整個控制系統之中，需要對相關的操作進行合理化的配置，還要及時配備一定的保護設備。另外，應支持一定的保護試驗。若信號未發出，不可啟動車輛，且信號發出時間≥30d。基于此，才能實現圣光信號與控制回路正常閉鎖，且電流溫度等相關指標也變得更加直觀。

2.4 變頻控制技術在通風機中的應用

通風機是礦井中的核心設備，其在整個礦物生產過程中發揮著十分重要的作用。通風機是十分重要的通風設備，其運行時間比較長久，因被稱為呼叫系統。在新時期，伴隨著采礦與挖掘工作的逐步推進，風壓逐步加大，所需功率也大大增加。因此，在礦井下作業時，必須要保證通風機的實際運行功率，才可保證礦井作業的高效性。使用變頻控制技術對礦山通風機進行調速，會借助巷道風量需求的有效預測來實現調速，可大大減少能耗量，其具體實施效果也比較理想。借助變頻技術來完善通風機后，能夠實現變頻的軟啟動，電流沖擊也逐步減弱，大大緩解了對整個電網運行設備所產生的影響，還能隨時停止與啟動。一般來講，通風機運行速度相對較低，使得通風機的實際工作強度大大降低，可有效延長通風機的實際使用年限，減少維護次數。此外，為確保電動機轉速的一致性，在正常運作條件下，確保兩臺電動機的運行頻率盡可能保持一致，防止形成一定的風阻而導致風扇運行受到影響。

3 結語

綜上所述，變頻控制技術具有安全、高效而便捷的優勢，其被廣泛的應用到各領域內。在煤礦開采過程中，會耗費大量能量，且電耗是很大的。但在能耗系統中，能源浪費問題還是相當突出的。將變頻控制技術應用到煤礦機電設備之中，占用空間小、方便拆卸、操作簡單、速度可調節等是其重要優勢，尤其是能達到一定的節能效果，能大大減少煤礦生產的能耗率。相信不久的將來，我國科學技術可以得到進一步地發展，可不斷深化與提升變頻控制技術，從而獲得機電設備應有的成效。

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