機電設備變頻控制技術研究

蘭 芳

（福建聯合動力機電科技有限公司，福州 350109）

先進技術在節能方面貢獻了重要力量，在煤礦產業的應用中表現優異。計算機電機技術、自動化控制技術、電子信息技術在煤礦機電設備領域的普及，促進了大功率輸送技術的發展，加快了煤礦機電設備產業自動化生產的步伐。變頻控制技術的普及應用，使得煤礦開采更潔凈，為節能環保工作做出了突出貢獻。

1 變頻控制技術的工作原理

在煤礦產業生產期間，變頻技術在機電設備方面主要應用了電力電子技術、微機技術和電機傳動技術。在變頻控制技術的實際操作中，將機電技術與其相關的強電弱電技術相互融合是關鍵，從而形成了一套新的行之有效的電子技術。該技術主要采用電子半導體的部分零件，利用工頻電源進行轉換，將其轉換為需要的工作頻率，形成可以控制電能的機電裝置。變頻控制技術的工作原理的重點在于整理工頻交流電壓，將其全部轉換成對應的直流電壓，再采用逆變器裝置調節原有的頻率和電壓[1]。通過這些操作使得電壓可調，可以作為電源被直接用于驅動電動機，并為電動機供應所需的無極調速電壓和電流。變頻調速控制技術的逐步推廣使用，使得無附加損耗調速得以實現，成為目前煤礦機電設備重點調速方法之一。變頻調速控制技術在實際操作方面應該考慮電動機的實際負載能力，根據實際負載能力進行自動、平滑的控制來達到增速減速的目的[2]。同時，盡量提高電動機的運行效率，有利于完善機電設備的實際運行效率。

2 變頻控制技術的相關應用

2.1 變頻控制技術應用于礦井提升機

礦井提升機在煤礦生產中有著舉足輕重的地位，可以安全將員工與材料運輸到目的地。傳統技術采用電阻帶動電機驅動，與鼓型控制器聯合控制傳送速度，不足在于小號電阻過多，易引起散熱不良等問題，且無法精確控制調速區間，需要進行革新[3]。在礦井提升機的驅動系統中應用變頻技術，可以彌補傳統技術的不足。不僅可以提高器械的安全性，還可以增加器械的系統性，同時明顯提升了平滑、無極變速等方面的性能。在礦井提升機的驅動系統中應用變頻技術具有以下3方面優點。第一，與編程器結合。通過變更電控系統指令，實現對繼電器的控制，從而實現對電路圖與梯形圖的靈活切換。第二，繼電器操控層面無需過多的外部線路，明顯降低了繼電器的使用率，減少了出現故障的幾率，釋放了空間，有效解決了空間不足的問題。第三，通過使用編程器與觸摸顯示屏，可以很大程度上為處理系統故障提供方便，且處理過程更加簡便，同時可以實時監測電器與設備故障。變頻小型發電機的實物圖，如圖1所示。

圖1 變頻小型發電機

2.2 變頻控制技術應用于皮帶機

皮帶機相較于提升機需要損耗更多的功率。因為摩擦力與特殊張力的相互作用，皮帶的滾軸上出現了對應的運動。傳統技術采用減壓空載啟動、轉子串接電阻等方法，由于啟動電流太大，使得電機內部出現高溫，易導致發生機械沖激或者電壓波動幅度過大等情況。此外，啟動過程較快，易加速皮帶的磨損衰老，甚至使皮帶產生斷裂，因此皮帶的質量需要達標。當使用液力耦合器運行時，易加速零部件的損耗，使內部油溫升高，導致維修保養更加困難，且會導致環境污染，難以控制功率勻速輸出[4]。在皮帶機中應用變頻控制技術，可以實現軟起與軟停的目的，從基礎上改良皮帶機的總體性能。首先，從實際負載情況入手，科學調節輸出頻率和力矩、頻率，在傳統的恒速工頻運行層面取得了顯著成果，并為節約電能貢獻了力量。其次，在運作過程中，它明顯改善了工作效率，可以將工作效率提高到90%以上。最后，在變頻器中，通過能量回饋功能，不僅能夠節約電能，實現環保，還可節約器械維修費用。

2.3 變頻控制技術應用于采煤機

在大多數時候，采煤機所需損耗的功率更大，一旦采煤機的運行不能維持在額定功率，就會導致采煤機內部線路的電流不穩定而出現局部斷路情況影響采煤機的正常運作。采煤機運作的場所通常地理位置較低，環境較差。在錯綜復雜的環境中，采煤機面臨著巨大困難。傳統操作過程中難以維持電流和功率的穩定，因此一旦采煤機在坎坷不平的路面上作業，就容易出現停機甚至滑坡的情況，存在較大的安全隱患。電子自動化技術的廣泛應用，尤其是對變頻自動控制技術的應用，可以解決這些安全隱患，同時解決了設備能耗問題，實現節能的目標[5]。可見，變頻控制技術在采煤機中的應用，不僅提高了系統總體的穩定性，也改善了采煤機的停機問題，提高了采礦運輸的安全性。

2.4 變頻控制技術應用于通風機

煤礦生產持續增長，導致能源損耗問題和電能浪費問題突顯。在煤礦開采期間，每個步驟相互關聯。一個步驟出現問題，就會影響下一個步驟的正常生產，甚至造成安全隱患。通風機在煤礦開采中具有舉足輕重的地位，直接影響了許多環節的通風狀況，從而影響了整個系統的散熱效果。設備具有良好的散熱性能是保證整個系統高效運行的關鍵。將變頻控制技術應用于通風機，可以實現設備的穩定運行，節約電能，增強系統整體的穩定性。

2.5 變頻控制技術應用于井下水泵

井下水泵在礦井中的關鍵作用是排水。在建井與施工期間，不同區域不同位置的含水量會有差別。季節不同也會導致涌水量不同。因此，需要按照實際的出水量，定時調節井下水泵的排水性能，了解水泵的種類與出水量的相互聯系。將變頻調節控制技術應用于水泵，不僅可實現對器械的改造和升級，還可以根據礦井的排水量，科學調節電機的運行功率與運行速度，從而符合礦井排水的實際需要，即科學合理地降低能耗，延長設備的使用壽命。

3 結語

將變頻控制技術應用于煤礦產業，既提高了機電設備的穩定性和安全性，又增加了速度方面的可調節性，且操作簡便，可提高工作效率，所需的空間較小，易拆卸。變頻控制技術應用于煤礦機電，完善了生產過程，既為節能貢獻了力量，又提高了能源使用率和生產效率。