煤礦機電設(shè)備變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用

李欣 韋節(jié)明 趙彥伊

摘要：隨著科技的迅速發(fā)展，變頻調(diào)控技術(shù)被廣泛運用于煤礦機電設(shè)備，煤礦機電設(shè)備變頻調(diào)控技術(shù)是一種應(yīng)用于煤礦機電設(shè)備的控制技術(shù)，通過變頻器調(diào)節(jié)電機的電壓和頻率，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的精確控制，提高煤礦機電設(shè)備的效率和穩(wěn)定性，降低能耗和維護成本，減少對電網(wǎng)的影響，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。基于此，本文從煤礦機電設(shè)備變頻調(diào)控技術(shù)的原理入手，介紹變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用情況，以供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦；機電設(shè)備；變頻調(diào)控；技術(shù)

DOI：10.12433/zgkjtz.20231936

變頻調(diào)控技術(shù)指的是通過調(diào)整電機的供電頻率和電壓控制電機轉(zhuǎn)速和輸出功率的技術(shù)，通過變頻器調(diào)節(jié)電機的電源，滿足電機轉(zhuǎn)速和輸出功率的需求。變頻調(diào)控技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種機電設(shè)備，例如，煤礦機電設(shè)備等。變頻調(diào)控技術(shù)是一種先進的控制技術(shù)，可以提高煤礦機電設(shè)備的效率和穩(wěn)定性，降低能耗和維護成本，還可以減少對電網(wǎng)的影響，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，具有廣泛的應(yīng)用前景。如何做好變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用顯得尤為重要。

一、變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用原理

變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用原理綜合運用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)以及大功率輸出技術(shù)，利用直流電壓和交流電壓之間的互相轉(zhuǎn)換，促使交流電機在逆變器的作用下實現(xiàn)頻率和電壓的雙向轉(zhuǎn)換，變頻器通過將交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源，再將直流電源轉(zhuǎn)換成可調(diào)頻率的交流電源，實現(xiàn)對電機的精確控制。變頻調(diào)控技術(shù)應(yīng)用原理包括：

（一）電源轉(zhuǎn)換

變頻器將交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源，通過整流電路將交流電源變成直流電源，再通過濾波電路將直流電源進行濾波，得到平滑的直流電源。

（二）逆變

變頻器將直流電源轉(zhuǎn)換成可調(diào)頻率的交流電源，通過逆變電路將直流電源變成交流電源，再通過PWM調(diào)制技術(shù)調(diào)制交流電源，進而得到可調(diào)頻率的交流電源。

（三）控制

變頻器通過控制電壓和頻率控制電機的轉(zhuǎn)速和輸出功率，通過內(nèi)部控制器調(diào)節(jié)電壓和頻率，從而精準(zhǔn)控制電機。

二、變頻調(diào)控技術(shù)的主要優(yōu)點

第一，節(jié)能降耗。通過變頻調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，有效降低電機的能耗，減少能源浪費。

第二，提高效率。變頻調(diào)控技術(shù)可以精確控制電機轉(zhuǎn)速，提高機電設(shè)備的效率和穩(wěn)定性。

第三，減少維護成本。通過變頻調(diào)控技術(shù)，減少機電設(shè)備的損耗和故障，降低維護成本。

第四，降低電網(wǎng)負(fù)荷。變頻調(diào)控技術(shù)可以減少機電設(shè)備啟動時對電網(wǎng)的沖擊，降低電網(wǎng)的負(fù)荷，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

第五，提高安全性。通過變頻調(diào)控技術(shù)，精準(zhǔn)控制機電設(shè)備，避免電機失速等原因引起的安全事故。

三、變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用

（一）變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦主通風(fēng)設(shè)備中的應(yīng)用

1.煤礦主通風(fēng)設(shè)備的構(gòu)成及重要性

主通風(fēng)機械設(shè)備是煤礦行業(yè)里的主要設(shè)備之一，屬于煤礦行業(yè)的中“呼吸系統(tǒng)”，如果“呼吸”出現(xiàn)問題，會導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓，影響煤礦作業(yè)的正常進行。主通風(fēng)機械設(shè)備是指用于通風(fēng)系統(tǒng)中的主要機械設(shè)備，包括風(fēng)機、送風(fēng)機、排風(fēng)機等，主要把將空氣從一個地方輸送到另一個地方，實現(xiàn)通風(fēng)、換氣、降溫、除濕等功能。風(fēng)機是通風(fēng)系統(tǒng)中最常用的機械設(shè)備之一，主要用于輸送空氣。根據(jù)不同的用途和場合，分為離心風(fēng)機、軸流風(fēng)機、混流風(fēng)機等不同類型。排風(fēng)機是專門用于排風(fēng)的機械設(shè)備，通常安裝在通風(fēng)系統(tǒng)的出口處，可以排出室內(nèi)的污濁空氣排出，使室內(nèi)空氣清新和舒適。變頻調(diào)控技術(shù)根據(jù)實際情況控制排氣扇的轉(zhuǎn)速和排氣量。送風(fēng)機是專門用于送風(fēng)的機械設(shè)備，通常安裝在通風(fēng)系統(tǒng)的末端，將空氣從通風(fēng)系統(tǒng)中輸送到需要通風(fēng)的區(qū)域，實現(xiàn)空氣的流通和換氣。

2.變頻調(diào)控技術(shù)對煤礦主通風(fēng)機械設(shè)備的應(yīng)用情況

第一，主通風(fēng)機械設(shè)備是通風(fēng)系統(tǒng)中不可或缺的機械設(shè)備，可以有效實現(xiàn)空氣的流通和換氣，提高室內(nèi)空氣的質(zhì)量和舒適度。變頻調(diào)控技術(shù)可以精準(zhǔn)控制風(fēng)機的轉(zhuǎn)速和風(fēng)量，根據(jù)不同的需求控制風(fēng)量，減少送風(fēng)機的能耗，提高送風(fēng)機的效率及降溫、除濕效果。通過變頻調(diào)控技術(shù)，減少風(fēng)機的能耗，提高風(fēng)機的效率和穩(wěn)定性，減少排氣扇的能耗，提高空氣的換氣效果。通過變頻調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，有效降低電機的能耗，減少能源浪費。

第二，提高效率。變頻調(diào)控技術(shù)可以實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的精確控制，提高機電設(shè)備的效率和穩(wěn)定性。

第三，減少維護成本。通過變頻調(diào)控技術(shù)減少機電設(shè)備的損耗和故障，降低維護成本，隨時啟動和停止通風(fēng)機械，擺脫由于啟動或停止對機械的傷害。

第四，降低電網(wǎng)負(fù)荷。使用變頻調(diào)控技術(shù)改造通風(fēng)機械后，可以減少機電設(shè)備啟動時對電網(wǎng)的沖擊，保護電網(wǎng)，降低負(fù)荷，提高穩(wěn)定性。這主要是由于變頻控制技術(shù)的使用已不再像以前一樣處于滿負(fù)荷的狀態(tài)，使用效果較理想。

第五，提高安全性。主通風(fēng)機械大部分時間都在低速運行，很大程度上降低了主通風(fēng)機械的作業(yè)頻繁度及電氣的強大沖擊，提高了主通風(fēng)機械的安全性，促使主通風(fēng)機械減少了維修的次數(shù)。同時，兩臺旋風(fēng)機經(jīng)過變頻調(diào)控后，在運行過程中使兩臺旋風(fēng)機的頻率保持一致，保證了機械的轉(zhuǎn)速一致性，減少了由于轉(zhuǎn)速而形成的風(fēng)阻，提高了整體效率。通過變頻調(diào)控技術(shù)，可以精準(zhǔn)控制機電設(shè)備，避免電機失速等原因引起的安全事故。

（二）變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦提升機中的應(yīng)用

1.煤礦提升機的構(gòu)成及重要性

煤礦提升機是用于煤礦井下運輸煤炭和人員的機械設(shè)備，也稱為礦用提升機，是煤礦井下最重要的設(shè)備之一，作為外界和井下唯一的通道，因此被稱為礦井中的“咽喉”。保障煤礦企業(yè)的安全穩(wěn)定生產(chǎn)和工作人員的安全是礦井提升機的重要性能。煤礦提升機通常由提升機架、提升機輪、提升機門、提升機井道等組成，具有輸送量大、輸送距離遠、運輸效率高、安全可靠等特點，根據(jù)需求進行升降、前后、左右的運行，適用于各種煤炭輸送場合，廣泛應(yīng)用于煤炭和人員的運輸。

2.變頻調(diào)控技術(shù)對煤礦提升機的應(yīng)用情況

變頻調(diào)控技術(shù)可以提高提升機的運行效率和安全性，降低能耗和維護成本。變頻調(diào)控技術(shù)通過改變電機的轉(zhuǎn)速控制機械運動，可以根據(jù)實際需求調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對提升機的運行控制。變頻調(diào)控技術(shù)在提升機中的應(yīng)用可以提高提升機的運行效率和安全性，降低能耗和維護成本，控制電機轉(zhuǎn)速，使提升機運行時保持穩(wěn)定的速度和負(fù)載，提高運行效率和安全性。同時減少機械傳動部件的使用，降低維護成本和維護難度。變頻調(diào)控技術(shù)在提升機中的具體應(yīng)用如下所示：

第一，節(jié)能降耗。傳統(tǒng)的提升機通常采用固定轉(zhuǎn)速的電機，無法根據(jù)實際負(fù)載情況進行調(diào)整，導(dǎo)致能耗較高。而變頻調(diào)控技術(shù)可以根據(jù)實際負(fù)載情況調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，促使提升機保持較高的工作效率，降低能耗和維護成本。

第二，運行平穩(wěn)。傳統(tǒng)的提升機在啟動和停止時容易產(chǎn)生沖擊和振動，危害設(shè)備和人員的安全。而變頻調(diào)控技術(shù)通過平滑調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，使啟動和停止時運行更加平穩(wěn)，減少沖擊和振動，提高安全性。

第三，調(diào)速精度高。傳統(tǒng)的提升機無法根據(jù)實際需求精確調(diào)速，而變頻調(diào)控技術(shù)可以實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的精確控制，確保穩(wěn)定速度和負(fù)載，提高運行效率和安全性。

第四，維護方便。傳統(tǒng)的提升機需要定期更換機械傳動部件，維護成本較高。而變頻調(diào)控技術(shù)通過電子控制實現(xiàn)對提升機的運行控制，減少機械傳動部件的使用，降低維護成本和維護難度。

（三）變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦皮帶機中的應(yīng)用

1.煤礦皮帶機的構(gòu)成及重要性

煤礦皮帶機是用于煤礦井下和地面運輸煤炭和其他物料的機械設(shè)備，也稱為輸送機，是煤礦井下和地面最常用的輸送設(shè)備之一。煤礦皮帶機通常由皮帶、驅(qū)動裝置、張緊裝置和支撐裝置等組成。煤礦皮帶機具有輸送量大、輸送距離遠、運輸效率高、安全可靠等特點，可以根據(jù)需求進行升降、前后、左右等，適用于各種煤炭和其他物料的輸送場合。

2.變頻調(diào)控技術(shù)對煤礦皮帶機中的應(yīng)用情況

皮帶機制工作原理和提升機在很大程度上是一致的，二者最主要的區(qū)別在于皮帶機在井下作業(yè)過程中的功率明顯小于提升機。皮帶機的運行方式為繞線電機經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組降壓啟動后，再經(jīng)液力耦合器對皮帶機進行軟啟動，雖然使用轉(zhuǎn)子繞組降壓，在啟動過程降低電流對電氣機械內(nèi)部的傷害，但由于啟動時間短，合力較大，引起皮帶的斷裂和耗損，因此內(nèi)部溫度升高及大幅度波動現(xiàn)象較嚴(yán)重。

變頻調(diào)控技術(shù)可以提高皮帶機的運行效率和安全性，實現(xiàn)皮帶機的軟啟動及軟停運，使煤礦機電設(shè)備的整體運行更加安全、穩(wěn)定。在使用變頻調(diào)控技術(shù)后，節(jié)省了大量的無功功率，系統(tǒng)的整體輸送比液力耦合器高約11%。同時，還能根據(jù)不同情況調(diào)控系統(tǒng)，改變電機機械的運行模式，提高電能的利用度。

（四）變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦礦井絞車中的應(yīng)用

1.煤礦礦井絞車的構(gòu)成及重要性

礦井絞車是一種用于礦井井下提升和運輸煤炭和其他物料的機械設(shè)備，也稱為提升機或升降機。礦井絞車通常由絞車機、鋼絲繩、滑輪、制動器、電動機等組成，是礦井井下常用的提升設(shè)備，通常用于煤礦、金屬礦山、非金屬礦山等地下采礦作業(yè)中，主要用于將煤炭和其他物料從井下輸送到地面或從地面輸送到井下，運輸煤炭、礦石、礦渣等物料。

2.變頻調(diào)控技術(shù)對煤礦井絞車中的應(yīng)用情況

變頻調(diào)控技術(shù)對煤礦井絞車中的應(yīng)用包括調(diào)節(jié)絞車的速度和負(fù)載量兩方面，通過變頻器控制電機的輸出頻率，可以精準(zhǔn)控制絞車的速度，與傳統(tǒng)機械調(diào)速方式相比，根據(jù)實際需求隨時調(diào)整，從而提高生產(chǎn)效率。同時，還能控制電機輸出功率和絞車負(fù)載。在絞車運行過程中，如果負(fù)載過大，會導(dǎo)致電機過載，影響絞車的安全，縮短使用壽命。運用變頻調(diào)控技術(shù)時，要確保輸出的電源為660V、50Hz，同時，其他數(shù)據(jù)的變化和自動轉(zhuǎn)矩提升功能也在有效范圍內(nèi)，保證絞車的正常運行，并對過流及過壓等形成多重保護。

四、結(jié)語

綜上所述，本文主要從應(yīng)用原理的角度出發(fā)，闡述煤礦機電設(shè)備中變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用狀況，表明該技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的重要性。煤礦機電設(shè)備是煤礦生產(chǎn)的重要設(shè)備，安全和穩(wěn)定對煤礦生產(chǎn)的效率有著重要影響。變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用已得到廣泛推廣和應(yīng)用，隨著科技的不斷發(fā)展，大量使用變頻調(diào)控技術(shù)的煤礦機電設(shè)備也得到提升，煤礦機電設(shè)備的安全性是煤礦生產(chǎn)的重要內(nèi)容。通過變頻調(diào)控技術(shù)實現(xiàn)對電機輸出功率的精準(zhǔn)控制，避免電機發(fā)生過載和過熱的現(xiàn)象，提高設(shè)備的安全性。煤礦機電設(shè)備的效率直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的效率和經(jīng)濟效益。通過變頻調(diào)控技術(shù)實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速和負(fù)載的精準(zhǔn)控制，避免能量浪費，提高設(shè)備的效率和經(jīng)濟效益。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，煤礦機電設(shè)備的智能化將成為未來趨勢。通過變頻調(diào)控技術(shù)實現(xiàn)對設(shè)備的智能化控制，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)和智能化管理，減少對環(huán)境的影響。煤礦機電設(shè)備變頻調(diào)控技術(shù)的未來發(fā)展前景廣闊，在煤礦生產(chǎn)中將發(fā)揮越來越重要的作用，為煤礦生產(chǎn)的各方面和智能化提供更加完善的解決方案。

參考文獻：

[1]趙躍光.井下皮帶輸送機變頻控制系統(tǒng)的研究設(shè)計[J].煤礦現(xiàn)代化，2018（02）：122-123+126.

[2]石艷紅.煤礦主井皮帶機變頻控制改造技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2017（17）：21+35.

[3]劉玉慶.變頻技術(shù)在煤礦皮帶機改造中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技，2015（20）：65.

[4]王建華.變頻技術(shù)在煤礦皮帶機改造中的應(yīng)用分析[J].科技風(fēng)，2014（07）：50.

[5]張飛飛.礦用皮帶機變頻電控系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（23）：1-6.

[6]孫紅光，梁凱，程偉.皮帶輸送機變頻電控系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（01）：151.

[7]陳衛(wèi)芳.信息新技術(shù)在礦山皮帶集控系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用分析[J].中國化工貿(mào)易，2020，12（18）：148+150.

[8]楊振.黃玉川煤礦皮帶智能管理調(diào)速系統(tǒng)研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2019.

作者簡介：李欣（1990），男，山東省鄄城縣人，本科，助理工程師，機電科副科長，主要研究方向為煤礦工程技術(shù)。