礦山機電設備變頻控制技術原理及應用研究

藍學 胡亮亮 黃德位

摘要：隨著我國經濟的快速發展，自動化控制技術、計算機網絡技術等各種高新技術都取得了極大的進步。其中，變頻控制技術作為一種新型技術，具有較強的可調節性，已經廣泛應用于各行各業，尤其是在采礦業中，其優勢更為凸顯。將變頻控制技術應用于礦山生產中，可以減少對能源消耗，同時也為礦井的可持續發展奠定發了基礎。

關鍵詞：礦山;機電設備;變頻控制技術;應用

在我國的礦山開發產生的能源消耗中，礦山機電設備所消耗的能源最多，所以當前如何減少礦山機電設備存在的能源浪費已經成為采礦行業研究的方向。變頻控制技術在礦山開采中的應用有效解決了這一問題，不僅減少了礦山機電設備存在的能源浪費問題，還減小了相關設備對周圍環境的影響。接下來，本文將主要就礦山機電設備變頻控制技術的工作原理及其應用進行詳細闡述。

一、變頻控制技術簡介及其工作原理

一般來說，在進行礦山開發時不需要使煤礦機電設備長時間高負荷工作，要注意節約資源，將變頻控制技術應用在礦山開采中可以滿足以上需求，從而避免煤礦機電設備產生過剩力矩。變頻控制技術包括計算機技術、電力電子技術、電機傳動技術，在工作過程中將機械設備和強弱電技術相結合就形成了一種綜合性較強的新型技術。變頻控制技術的工作原理其實就是使交流電先通過半導體，然后變為其它頻率，接著再利用相關設備將交流電轉化為直流電，最后再利用逆變器實現對電流和電壓的調節和控制。通過上述過程就可以完成機電設備的無極調速。[1]這種調速方式可以極大地減少損耗，節約資源的同時也減少了工作過程中對周圍環境造成的影響。此外，變頻技術在礦山機電設備中的應用主要是利用了電流頻率和電機轉速之間的同比增長關系，因此，變頻調速技術可以根據實際的工作量對速度進行改變，在工作負荷高時提升工作速度，在工作負荷較低時減小工作速度，通過上述方式，電流頻率對電機實際轉速形成控制，進而實現對礦山機電設備的有效控制。

變頻技術中的電路有四個部分：整流、直流、控制、逆流，這幾個部分相互作用、相輔相成，一起完成對礦山機電設備的控制。變頻技術可以保證機電設備的有效運行，控制設備運行的速度，提高設備運轉效率，節約能源，在礦山開采行業具有極大的應用前景。[2]近年來，研究人員還研究出了模糊自動化控制、人工神經網絡等技術，在這些新型技術下，變頻控制調控系統集成化的程度也有了顯著的提高，一些新的控制系統例如高級專用集成電路也逐漸被應用到礦山開采中。隨著變頻器的不斷發展和優化，一些新的新的功能也在原本的調速功能上發展起來。例如編程、通信等等，這為變頻控制技術在礦山機電設備中的進一步應用奠定了基礎。

二、礦山機電設備變頻控制技術的應用

（一）皮帶設備中變頻控制技術的應用

礦井下皮帶機的功率一般較大，它首先利用繞線電機經轉子繞組降壓啟動后工頻巡行，之后再在液力耦合器的作用下轉換到皮帶機上。皮帶機作為礦山開采中的一個重要設備其工作原理是先使輪轂產生動力進行工作，之后再利用所產生的摩擦力帶動皮帶，從而保證皮帶的穩定運行。在上述摩擦力的作用下，皮帶借助本身所具有的張力實現在滾軸上的向前運行。[3]一般來說，在進行生產作業時，皮帶機啟動會產生巨大的電流，為了避免這種現象，在實際工作中一般會采用對其中的轉子串接電阻改善轉矩和降低空載系統的壓力等方法。上述措施雖然會起到一定的作用，但是減小皮帶啟動電流的效果并不明顯，甚至有可能使電網電壓不穩定，或者使電機內部發熱嚴重，再加上皮帶機本身的啟動時間就比較短，在實際的工作過程中還有可能出現斷裂、老化嚴重等現象，所以在進行礦山開采作業時一定要保證皮帶機具有較高的韌性。除了皮帶機本身會出現問題，液力耦合器在工作時也可能會出現內部油溫過高，部件磨損嚴重等問題，這就在一定程度上提高了機械的維修成本，同時也加大了對周圍環境的影響。上述的這些問題都給礦井的生產工作造成了嚴重阻礙，針對這種現象，將變頻控制技術引入皮帶機工作當中，可以實現皮帶機的軟起、軟停，從而保證皮帶機的穩定工作。此外，將變頻控制技術應用到其中后可以實時觀察皮帶的負載情況，根據實際情況對對力矩和輸出頻率進行調整，在節約資源的同時也降低了企業生產的不穩定性，避免了過載生產可能造成的危險，大大提高了礦井工作的效率。

（二）提升設備中變頻控制技術的應用

以往的提升機工作模式就是先在電動機轉子電路內接入金屬電阻，然后再用接觸器將電阻切除，從而達到調節提升速度的目的。但是這種工作方式存在很多問題，例如電阻耗能量較大，提升機內部散熱性能較差、速度可調節范圍較小、調速精度較低等等。此外，在減速段和下放時存在動力制動，這一過程中來不及完全消耗電源的能量，這就造成了電能的浪費，同時也加大了對設備的損壞，降低了提升設備的安全性。將變頻技術應用到礦井提升驅動系統后，可以有效解決上述問題，一方面可以使提升機在較為穩定安全的狀態性進行減速、加速，這里的速度調節不是傳統的機械調節，而是電氣控制調節，這樣一來就可以大大減少提升機作業過程中產生的沖擊和摩擦，延長各種設備的使用壽命。另一方面，變頻控制技術還具有回饋制動的特點，當提升機處于負力情況時，電動機會產生再生能量并將其傳輸到電網，從而節約電能。除了上面說的兩點，變頻控制技術還能夠編寫程序和電控系統中的繼電器的邏輯關系，降低失誤，此外，變頻控制技術外部線路控制執行繼電器的數量比較少，可以大大節約生產成本，提高礦山開采的經濟效益。[4]

（三）通風設備中變頻控制技術的應用

除了提升機和皮帶設備，變頻控制技術還可以應用在通風設備中。在礦井開采中，通風機的主要功能就是使井下的空氣流通，將有害的氣體排出，通風換氣，這和礦工的生命息息相關，所以說通風機在整個生產過程中具有極其重要的作用。當前，礦井開采的深度不斷加深，這就要求通風機具有較大的功率，這種需求對于井下作業進一步的深入具有重要的影響，將變頻技術應用到通風機中，可以有效滿足上述需求。在實際的工作當中，變頻控制技術可以根據實際需求的風量來對通風機的功率進行調節，避免對電能的浪費，保證通風機穩定運行。此外，變頻控制技術應用到通風設備中還可以有效降低設備的啟動電流，減少對礦井設備的沖擊，對相關設備起到保護作用，延長設備的使用壽命，同時減少企業對設備維護方面的投入，提高工作效率。[5]

綜上所述，變頻控制技術作為一種新型的技術手段，可以廣泛應用于礦山作業中的機電設備、提升設備、通風設備等等，不僅可以延長設備的使用壽命，降低企業的生產成本，還可以提高設備運行的穩定性，保障設備的安全運行，提高煤礦機電設備加工和生產的效率，推動傳統機械作業方式的改變。雖然當前變頻控制技術已經廣泛應用于煤礦行業中，但是要想進一步提高生產水平，還要加強對變頻控制技術的研究，推動變頻控制技術在礦山機電設備中的進一步使用，才能提高我國煤礦生產效率。

參考文獻：

[1]林健.試析礦山機電設備中變頻控制技術的應用探究[J].山東工業技術，2018（18）：72.

[2]馬宗華.試析礦山機電設備中變頻控制技術的應用探究[J].世界有色金屬，2018（06）：34+36.

[3]李平生.變頻控制技術在礦山機電設備中的應用[J].內蒙古煤炭經濟，2017（23）：38+43.

[4]施毅.變頻控制技術在礦山機電設備中的應用[J].通訊世界，2016（05）：255-256.

[5]王友財.礦山機電設備變頻控制技術的應用[J].內蒙古煤炭經濟，2014（10）：119-120.