變頻技術在現代煤礦機電中的應用

楊旭光

摘 要：隨著我國工業的不斷發展，煤炭工業在此背景下也迎來了較快較好的發展。其中變頻技術憑借其良好的節能效果和明顯的調節性能備受煤礦工業的青睞，越來越多的煤礦機電設備中使用了變頻技術。從變頻技術的使用原理、在多種煤礦機電設備的應用以及在煤礦機電設備中使用這項技術應該注意的問題等方面進行了簡要的闡述與分析，并通過這項研究對未來變頻技術在煤礦機電設備中的應用進行進一步展望。

關鍵詞：變頻技術；設備；應用；煤礦

隨著國內煤炭行業的不斷發展，關于新技術、新設備以及新手段不斷朝著節能、高效、靈活和安全的方向發展。變頻技術的應用在當今煤礦企業的發展中占據了較為重要的位置，文章針對變頻技術在煤礦機電設備中的應用進行了簡要分析，并對變頻技術的工作原理、應用中所出現的問題進行了闡述。

1 變頻技術的發展與原理

變頻技術的誕生不僅在很大程度上改變了我們的生活，與此同時在工業生產上更是帶來了巨大的便利。最初是因為調節電流頻率的需要才促使了變頻技術的產生，1960年后，電力電子器件大力發展，從最初的晶閘管到現代的絕緣柵雙極型晶體管控制品閘管，經歷了不斷的更新歷程，大大促進了變頻技術的發展，到了1970后，開始研究（PWM）VVVF調速，這一研究引起了人們的關注。而在變頻技術中PWM模式才是核心，直到20世紀80年代，相關專業人士開始對PWM模式的優化進行研究，這一研究項目引起了人們更多的關注進而得出了更多的優化模式。到了20世紀80年代中后期，一些發達國家將新研究出來的VVVF變頻器投放到了市場，VVVF變頻器憑借其更為優異的服務得到了各廠家的大力推廣。

而變頻技術的操作原理指的是在電壓不變的前提下，通過改變交流電頻率的方式，來實現對設備的自動化控制。其中變頻器是通過利用電力半導體器件的通斷作用將頻率無法改變的交流電轉換成了可以改變的交流電，從而實現了變頻調速。

2 變頻技術在煤礦機電設備中的應用

2.1 變頻技術在采煤機中的應用

采煤機在一定程度上代表了煤礦設備向現代化、機械化發展的里程碑。因此，在煤礦開采中顯得特別重要。由于采礦機大多是在環境惡劣的條件下工作的，所以采礦機是一個比較復雜的系統，因此，提高采煤機的性能便顯得尤其重要。采煤機在采煤工作中占據著主力位置，只要一發生故障就會導致整個采煤環節受到嚴重的影響，使采煤工作難以進行下去，對整個煤礦造成不小損失。由于采煤機的重要位置使得其功能不斷改進，變得越來越強大，但是其出現的故障和問題也變得越來越強大，這也增加了維修難度，一旦采煤機出現問題就會大大降低工作效率。而隨著變頻技術的產生，將其用在采煤機中，成就了采煤機變頻調速系統，隨著該技術的不斷發展，我國的采煤技術有了巨大的發展，變頻器也得到了采煤業的廣泛應用。

煤礦企業大膽嘗試，勇于創新，將能量回饋型四象限變頻器運用到了電牽引采煤機的工作中，這一舉措不僅將采煤機的科技含量進一步提高，同時還減少了采煤機的損壞，延長了設備壽命。

2.2 變頻技術在風機中的應用

在礦井不同的生產時期，礦井通風設計也不盡相同，甚至還會有巨大的差異。一般在礦井生產中期會重復不斷更換風機來解決通風問題，但這種方式操作起來不僅顯得累贅，并且還經常發生設備故障，增加了不少多余的維修量。與此同時，原來的風機也會被暫時擱置，這樣會產生資源浪費，使設備的利用率大打折扣。但將變頻技術應用到風機中就會解決這種困境，重復的更換任務也無需再進行，操作起來比較方便，不僅提高了設備性能，使風機資源中的浪費現象不斷減少，同時也起到了很好的節能效果。通風問題也輕輕松松地解決了。

2.3 變頻技術在礦井提升運輸設備上的應用

2.3.1 變頻技術在膠帶輸送機上的應用

作為煤礦煤流運輸系統的主要設備之一的膠帶運輸機，在以工頻進行拖動，液力耦合器進行傳動的方式運行上一般采用交流電動機作為動力裝置，但使用交流電動機會產生傳動效率低、啟動電流大以及機械沖擊大等問題。同時輸送機還存在運送負載重、距離長、傾角大的問題，常常發生帶載或重載啟停的情況，使膠帶斷帶、跑帶等安全生產事故發生的概率大幅度提升。但是將變頻技術運用到膠帶運輸機之后，可以實現設備及系統的軟啟動功能，使設備及系統平穩啟動運行。尤其是在變頻控制的軟啟功能之后，徹底消除了之前存在的安全生產隱患，在根本上解決了這個困難。

2.3.2 變頻技術在礦井提升機上的應用

當前，PLC控制系統和高壓變頻調速控制系統是礦井提升機變頻技術的主要應用。在礦井提升機高壓變頻調速控制系統設計中，通過對單元串聯多電平能量回饋型四象限高壓變頻控制系統的應用來增強系統的安全性和抗干擾性，從而使提升全過程中的速度控制、位置控制、保護功能及動態畫面監視等功能變得更加安全可靠，這一措施大大改善了提升機啟動、運行、加速、減速等運行階段的性能，使設備鋼絲繩的機械沖擊得到減少，提升系統的安全水平也得到大大提升。除此之外，還使高壓回路與低壓控制回路之間的通訊變得更加便捷。

2.4 變頻技術在泵中的應用

泵以抽送液體為目的，將機械能裝換為液體能量。水泵不但能夠用來進行輸送液體，而且還可以實現液體增壓，因此在礦區給液、給水中發揮著重要作用。在之前的工作運轉中，泵擁有相對較長的空轉時間，在頻繁的起停工作中不僅耗費了大量的電能，并且也使相關的故障經常發生。將變頻技術運用到泵中，可以使設備運行率得到有效提高，設備發生故障的情況大量減少，并且還顯現了良好的節能效果，操作起來也十分容易。由中國礦業大學設計的煤礦井下排水泵站的監控系統在水泵性能提高方面具有極好的效果。其原理是把變頻器應用到水泵中，水泵的起停減速可以得到有效控制，使井下液位達到穩定狀態，減少了泵的空轉時間，起到了顯著的節能效果。

3 結束語

當前煤炭行業的規模隨著經濟的不斷發展而不斷擴大，煤礦機電設備水平的提高變得更加重要且必要。變頻技術具有良好的節能效果和調節性能，能為煤礦機電設備的發展做出巨大的貢獻，所以將變頻技術應用到煤礦電設備中不僅是科技發展的必然結果，同時也擁有極為重要的現實意義。目前，在風機、提升機、空壓機等設備中對變頻技術進行了利用。通過這些主要生產系統機電設備對變頻技術的廣泛應用和大力推廣，既改善了設備運行性能，提高了礦井裝備水平，也在保障礦井安全生產和節能方面取得了顯著的效果，為煤礦企業實現安全高效生產的目標提供了有力的支撐。但是，目前的發展水平對不斷提升我國煤礦機電設備水平的目標來說還遠遠不夠，因此，我們要不斷改進變頻技術的應用水平，使其能更好地為煤礦機電設備服務。

參考文獻

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