煤礦機電設(shè)備變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用

高鐘哲

(陽泉煤業(yè)集團基本建設(shè)工程管理部，山西陽泉04500)

隨著變頻控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅在很大程度上提高了我國煤礦企業(yè)的生產(chǎn)、加工效率，降低了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本，還進一步做到了煤礦機電設(shè)備的節(jié)能環(huán)保，加強了煤礦企業(yè)的市場競爭能力。如何做好變頻控制技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用就顯得尤為重要。

1 變頻調(diào)控技術(shù)應(yīng)用的原理

變頻調(diào)控技術(shù)是指:計算機技術(shù)、大功率輸出技術(shù)、自動化控制技術(shù)和電子技術(shù)等綜合的應(yīng)用，并會隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展而更加的完善。變頻調(diào)控技術(shù)應(yīng)用的原理同時也涉及到了電機轉(zhuǎn)動和微機技術(shù)，且集合了這些技術(shù)的特點，因此變頻調(diào)控技術(shù)應(yīng)用的原理不能單獨的探討調(diào)控技術(shù)。變頻調(diào)控技術(shù)是屬于強弱電的混合及機電一體化的綜合性技術(shù)，變頻調(diào)控技術(shù)是根據(jù)電力半導(dǎo)體的技術(shù)，控制工頻電源中產(chǎn)生的頻率進行轉(zhuǎn)換的裝置，其工作原理，主要利用了整流橋?qū)ゎl電流中產(chǎn)生直流電壓和交流電壓之間進行轉(zhuǎn)換，進而使交流電機在驅(qū)動電源經(jīng)過逆變器的時候，實現(xiàn)頻率和電壓雙向的調(diào)節(jié)。所以，變頻控制技術(shù)可以說是不具有附加的轉(zhuǎn)差損耗高效率的調(diào)速方式。

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

2.1 煤礦通風(fēng)設(shè)備的變頻控制技術(shù)

煤礦通風(fēng)機作為煤礦井下通風(fēng)、除塵系統(tǒng)的一個重要設(shè)備，其主要的作用是為井下作業(yè)人員輸送氧氣，排除有害粉塵氣體，確保煤礦作業(yè)人員的生命安全?？梢哉f煤礦通風(fēng)機是保證煤礦企業(yè)生產(chǎn)安全的重要技術(shù)裝備之一，也是煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分，在煤礦企業(yè)的生產(chǎn)、加工中有著極其重要的意義。尤其是主扇風(fēng)機作為通風(fēng)機重要組成部分，其在井下始終是24 h 無間斷工作，為井下作業(yè)人員提供了生存所必須的氧氣。變頻控制技術(shù)在通風(fēng)機中的應(yīng)用，不僅實現(xiàn)了通風(fēng)機風(fēng)量的隨時調(diào)節(jié)，滿足氧氣輸送的根本需求，也節(jié)約了大量的電費，做到了節(jié)能減排，降低企業(yè)的成本。變頻控制技術(shù)被越來越多的應(yīng)用于煤礦通風(fēng)設(shè)備。

2.2 變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦提升機中的應(yīng)用

煤礦企業(yè)中的礦井提升機主要作用是進行相關(guān)物料及工作人員的輸送，是煤礦生產(chǎn)運作中的重要設(shè)備。對于提升機的更新調(diào)控，傳統(tǒng)方法主要是使用電動機在轉(zhuǎn)子電路中接上相應(yīng)的金屬電阻，再用控制器或者是接觸器將電阻阻斷來實現(xiàn)最終調(diào)速，這些主要的控制裝置不足之處是電阻能耗高以及散熱問題比較棘手。使用電阻裝置調(diào)速屬于有機調(diào)速，整體的調(diào)速范圍比較小，精度比較低，最重要的是安全性能比較差，在進行減速的過程中需要進行制動電流的投切或者是低頻率電源的投切，這樣容易造成設(shè)備不必要的損害，還會產(chǎn)生過多的電耗。變頻控制技術(shù)在提升機中的運用能夠在很大程度上降低不必要的能耗，提高安全性能和精度，最重要的是能夠從根本上解決電阻調(diào)控中存在的很多問題，實現(xiàn)無級狀態(tài)下的平穩(wěn)調(diào)速，提升整個系統(tǒng)的安全性能，節(jié)約電能消耗，減少維修成本。

2.3 變頻調(diào)控技術(shù)在煤礦皮帶機中的應(yīng)用

皮帶機的工作原理和提升機在很大程度上是相同的，二者最主要的不同點就是提升機在進行井下作業(yè)的過程中功率明顯大于皮帶機。皮帶機的啟動和運行方式為:繞線電機經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組降壓啟動后工頻運行，再經(jīng)過液力耦合器進行切換，進而切換到皮帶機。我國多數(shù)煤礦中使用的是液力耦合器來實現(xiàn)皮帶機的軟啟動，這種情況下在啟動時就要調(diào)整液力耦合器的整體效率，將整體的機械效率調(diào)整為0，這主要是為了能夠使電機進行空載啟動。使用轉(zhuǎn)子串接電阻，能夠改善啟動過程中的轉(zhuǎn)矩和降壓實現(xiàn)空載，但電機在啟動過程中電流相對比較大，這樣會引起電網(wǎng)和電壓的劇烈變動，甚至?xí)斐呻姎鈾C械內(nèi)部不必要沖擊和發(fā)熱等嚴重現(xiàn)象。使用液力耦合器進行啟動的過程中，因為啟動時間很短，加上加載的合力比較大，就容易引起皮帶的斷裂和老化，因此對皮帶的要求非常高。

2.4 電控絞車系統(tǒng)的變頻控制技術(shù)

傳統(tǒng)的斜井絞車控制系統(tǒng)，其普遍采用交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)，電阻的投切用繼電器—交流接觸器控制。而這種控制系統(tǒng)，由于調(diào)速過程中交流接觸器的動作過于頻繁，設(shè)備運行的時間也較長，交流接觸器主觸頭極易發(fā)生氧化，進而引發(fā)設(shè)備故障。對提升機速度控制性能也較差，經(jīng)常會造成停車位置不準確的問題發(fā)生。而變頻調(diào)控技術(shù)在電控絞車系統(tǒng)中的應(yīng)用，其可將電壓波動普遍控制在-15% ～+10% 之間，頻率波動允許范圍為±2.5%，輸入電源則定位660 V、50 Hz，輸出功率為200 kW、頻率為0 ～50 Hz 并具有連續(xù)的可調(diào)性?？梢哉f變頻控制技術(shù)在電控絞車系統(tǒng)中的應(yīng)用，在一定程度上，增加了電控絞車系統(tǒng)的過載能力，使其額定負載在-120%～+120% 區(qū)間內(nèi)可以充分滿足運行要求。提升了自動轉(zhuǎn)矩的低頻運轉(zhuǎn)能力，確保了其自身的額定轉(zhuǎn)矩，增加了對元件過熱與欠壓等的保護。

2.5 PLC 在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著我國工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中一種不可缺少的技術(shù)，而數(shù)控技術(shù)的實現(xiàn)與PLC 應(yīng)用有著密切的關(guān)系。目前常見的數(shù)控系統(tǒng)主要有3 種，即點位控制系統(tǒng)、直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。在工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控系統(tǒng)主要用于機械加工，其中點位控制一般用于孔加工機床，如鉆孔機床、鏜孔機床等，為了在加工過程中實現(xiàn)由一個位置向另一個位置的精確移動，一般來說并不考慮加工物體的運動軌跡，移動過程中一般不進行加工。目前，數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn)主要有2 種方式，即全功能數(shù)控裝置和單板機控制，這2 種控制系統(tǒng)都應(yīng)用了PLC，只不過在功能和應(yīng)用范圍上有很大的區(qū)別。全功能數(shù)控裝置的功能非常完善，但是價格非常昂貴，對于一些企業(yè)來說這種裝置的許多功能完全是多余的。為了滿足一般企業(yè)的發(fā)展需要，市場上出現(xiàn)了基于PLC 的單板機數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為了解決傳統(tǒng)單片機中長期存在的設(shè)計硬件電路、接口電路、驅(qū)動電路和抗干擾問題，不僅能根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)整機床功能，還能根據(jù)技術(shù)進步對機床功能進行升級，這一點滿足了很多中小企業(yè)的發(fā)展需要，增加了企業(yè)經(jīng)營管理的靈活性。

3 結(jié)語

變頻控制技術(shù)作為先進的科學(xué)技術(shù)手段，其在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用，不僅提高了煤礦機電設(shè)備的加工、生產(chǎn)效率，降低了煤礦企業(yè)的加工、生產(chǎn)成本，還在很大程度上進一步改變了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)、加工環(huán)境，改變了傳統(tǒng)的機械作業(yè)手段。因此，加強變頻控制技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用，已成為衡量一個煤礦企業(yè)現(xiàn)代化水平的重要手段，也成為促進煤礦企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

［1］潘美君.PLC 和變頻器在橋式起重機的運用［J］. 自動化應(yīng)用，2010(3).

［2］邵國良.基于PLC 的主運輸皮帶智能控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］.中國礦業(yè)，2012(S1).