變頻控制技術在煤礦機電設備中的應用探討

摘要：煤礦開采環境惡劣，生產條件不穩定，使得設備工作效率低且損耗嚴重，嚴重影響了煤礦開采工作的安全和高效。變頻調速控制技術的發展和在礦山機電設備中的應用較好的改善了這一現狀，筆者結合自身工作實踐，對變頻控制技術做了介紹，并對其在礦山機電設備中的應用做了簡要的探討。

關鍵詞：變頻；煤礦機電設備；應用

引言

煤礦生產中的機電設備耗電量占了煤礦耗電量非常大的比率，煤礦企業生產成本能否得到較好的控制和降低則在很大程度上取決于機電設備的能耗水平。礦井生產設備的節能成為其節能的重中之重。變頻控制技術的出現和應用，以及在煤礦領域的大力推廣使得煤礦機電設備的節能進入了一個新的階段。

1 變頻調速技術的特點

眾所周知，機電設備電機的轉速是和工作電源輸入頻率成正比例關系變化的，改變電動機的電源頻率就可達到速度調節的目的，變頻調速技術正是基于這一原理，通過改變電動機工作電源頻率來實現改變電機的轉速。我們所講的變頻技術主要是指交流變頻技術，實質是將直流電逆變換為不同的交流電，或是先將交流電變成直流電再把直流電逆變為不同的交流電，在上述的過程中，一般只發生頻率變化。技術的的發展不斷推動著變頻調速的技術進步，促進了變頻調速技術的發展，在功能和性能方面也都大大超過了直流調速系統，也有逐漸取代直流調速系統的趨勢，且變頻器在調速范圍、驅動能力、調速精度、動態響應、輸出性能、功率因數、運行效率及使用的方便性等方面大大超過了其它常規交流調速方式。

變頻器是變頻調速的關鍵裝置，它是利用電力半導體器件的通斷作用把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的電能控制裝置。變頻器主要采用“交——直——交”的工作方式，先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT三相橋式逆變器。且輸出為 PWM（脈沖寬度調制）波形，中間直流環節為濾波、直流儲能和 緩沖無功功率。PWM控制技術是變頻技術的核心技術之一。目前，變頻調速控制技術以其優異的性能得以在諸多生產行業中廣泛推廣和應用，在電力、軋鋼，造紙、化工、水泥、煤炭、紡織、鐵路、食品、船舶，機床等傳統工業的改造中以及航空航天等高新技術的發展應用中都能看到變頻調速技術的蹤影，變頻調速技術取得了良好的經濟效益和社會效益。

2 變頻控制技術在動力負荷設備中的應用

2.1 變頻控制技術在礦井提升機中的應用

礦業生產中，礦井提升機有著非常廣泛和重要的作用，物料或人員運送到目的地就離不開提升機。比較傳統的提升機的調速原理是通過金屬電阻來帶動電動機運作，再結合鼓型控制器或者接觸器切除電阻來達到調速的效果。該方式弊端較多，電阻消耗多以及散熱不良等情況都經常出現；同時，電阻的調速范圍并不大，這就決定了精確度降低的情況是不可避免的。此外，在進行減速和下放時，需要通過動力來生成直流電源或者低頻電源，這在很大程度上會造成設備的損壞，不僅用電能耗較高，也對礦山的安全生產和正常運行都是非常不利的。如果在礦井提升機驅動系統中使用變頻控制技術，能夠很好的實現平穩加減速，極大的增強了安全性和系統性能，還能有效的控制各種問題的出現，加強機電設備的保護。

2.2 變頻技術在皮帶機中的應用

皮帶機較提升機而言，其功率更大。皮帶機是通過驅動輪轂產生摩擦力進而帶動皮帶進行作業，皮帶再結合較為特殊的張力變形和摩擦力來牽引滾軸進行運作。主要工作原理是將繞線電機經轉子繞組降壓啟動后工頻運行，經液力藕合器切換到皮帶機。其中采用轉子串接電阻改善轉矩和減壓空載啟動等方式，皮帶機的啟動時間是很短暫的，如果皮帶韌性不足的話，長時間運轉會造成皮帶老化甚至斷裂的狀況，另外，由于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劇烈波動。液力藕合器在工作過程中，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護的成本和維護難度，另外還有功率較難同步的諸多問題。然而通過變頻調速就能夠很好的改變傳輸機出現軟起、軟停等不良運作方式的狀況，更好的穩定皮帶機的性能。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。變頻技術能有效的提高工作效率，在皮帶機中的應用能使系統功率因素改善到90% 以上。使用高壓變頻器還能實現皮帶機能量回饋功能，也能夠有效降低在其他設備上所花費的維修保養費用，在實現環保的基礎上不斷提高能源的利用效率。

3 變頻控制技術在流體負荷設備中的應用

3.1 變頻控制技術在通風機中的應用

通風機屬于礦山生產必不可少的機電設備之一，應用于長時間的作業過程，作為礦井作用的通風設備來講，其重要性不言而喻，它也有“礦山器官”這樣非常形象的稱呼。隨著煤礦開采深度的不斷增加，風壓也隨之不斷增大，對于通風機功率的要求也越來越大，然而要使通風機達到較大的功率卻并不是件容易的事情。在煤礦生產實踐中，因其低耗高能的特點，變頻調速已在通風機設備中得到了較好的應用，它能夠根據實際的生產和環境需要來改變風量的大小，經過變頻技術改造支持下的通風機，能有效實現變頻軟啟動，較好的避免啟動時電流過大的現象，避免對電網設備形成沖擊，杜絕運行中危險事故，還能夠根據需要很好的對設備進行啟動和停止的操作。一般而言，通風機基本是以較低的速度運轉的，這就使通風機的強度得到了有效地控制，能夠使通風機的使用時間更長，降低通風機的維修次數和維護工作量。但是在電機運用的過程中，必須嚴格控制兩臺電機的運行頻率，保持其一致性，確保電機的轉速一致，有效的來避免因風阻現象而導致的風機受到影響無法正常運轉的現象。

3.2 變頻控制技術在水泵中的應用

可將變頻調速技術用于在礦區的給水、給液用泵中，系統變頻器就可靈活的控制抽水泵的平滑起停、適時加減速，這樣可以增加系統工藝控制的靈活性，此外，可以顯著降低設備的機械沖擊，延長產品使用壽命。變頻技術的應用能夠降低機電設備器件的磨損程度，減少了泵的空轉時間以及頻繁起停過程中的能耗浪費，還能可靠的保證井下液位的恒定，優勢是非常明顯的。

參考文獻

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作者簡介：成志強（1975.2-），男，就職于山西省煤炭地質水文勘查研究院生產科，助理工程師。