變頻控制技術在煤礦機電中的應用

劉文財

摘 ? ?要：對于煤礦生產，機電設備是其核心裝備之一，但由于機電設備的成本高、耗能大，因此亟需改進，近年來，煤礦生產的過程變得越來越復雜，隨著微電子技術和現代電力電子技術的快速發展，人們逐步開始將具有優越調節控制性能的變頻控制技術應用到煤礦機電中，使得煤礦設備的可操作性、節能性以及可靠性都有所提升，并使得采礦業的生產運行效率得到了大大提高。本文對變頻技術及其在煤礦生產中的重要性做了介紹，并對變頻控制技術在煤礦機電中的應用進行了闡述。

關鍵詞：變頻控制技術;煤礦機電;應用

中圖分類號：TD63 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1004-7344（2019）03-0177-02

1 ?引 言

所謂變頻技術，指的是將直流電逆變，使其轉換為頻率不同的交流電，或者是將交流電轉換成直流電之后，再將其逆變為頻率不同的交流電，亦或是將直流電轉換成交流電，再將交流電轉換成直流電，在以上這些轉換過程中，一般僅有頻率產生變化。在使用各種煤礦機電設備時，為了讓設備能夠安全地長效運行，一般來說其動力傳輸裝置都不會全載荷工作，而會保留一定的富余載荷，但這會使得設備工作的運轉功率增大，進而使得耗能量增大，為了解決這一問題，我們可以通過減小設備的運轉速率來對機電設備的軸向功率進行控制。變頻調節控制技術是利用了電動機轉動速度和電力頻率成正比的原理，利用變頻設備使得裝備的電力輸送頻率變得可控可調，從而實現對設備運行及功率的控制與調整。變頻器作為一種新型的電力變換裝置，它具有軟停機、無沖擊啟動等良好的控制特性，近年來已經被廣泛應用到了工業生產的各個環節并取得了良好的效果，但是其在較為特殊的煤礦環境中才剛剛起步，變頻控制技術在煤礦機電的應用符合國家節能減排的目標，發展前景極為良好。

2 ?變頻控制技術在煤礦生產中的重要性

近幾年來，我國的經濟建設取得了極大的成就，特別是工業生產，其規模擴大速度很快，社會對于能源的需求量增長速度極快，雖然在各種因素的綜合影響下，我國對能源的需求態勢比較平穩，但煤炭作為最基礎的資源仍在我國的能源中極為重要、不可替代，使得人們對煤炭資源進行了持續甚至過度的開采，導致我國煤礦資源儲量變得有限，還使得煤礦開采企業間的競爭極為激烈，因此，如果能同時提高產量、設備利用率，做到節約資源、減少排污、保護環境，那么煤炭企業的競爭力就會脫穎而出并可以長期、穩定地發展，在此背景下，煤炭企業漸漸認識到了科技在煤炭開采中的重要性，逐步將變頻控制技術應用到了煤礦機械電設備中，其表現出的出色的節能性和可控性使其獲得了更多企業的關注，并使得更多類型的變頻設備得以應用于煤礦機電中。

3 ?變頻控制技術在煤礦機電中的應用

3.1 ?應用于采煤機

在采煤機進行采煤時，如果技術人員不能夠有效連接、調控葉輪轉動速度和采煤機的牽引力，就會導致在采煤機工作過程中，由電能轉化得來的動能大部分被損耗。將變頻調節控制技術應用到采煤機中，能夠令采煤機的操作人員更直接地對電氣設備進行調控，此外，因為礦井的工作面具有一定坡度，而采煤機具備開機停機頻繁以及采煤坡度大等特點，因此普通的變頻調節控制技術并不能滿足需求，必須將變頻調節控制技術與采煤機的工作狀態相結合，將其適用性進行拓展，目前在我國的煤礦中使用的多是四象限運行技術，此技術的關鍵是把采煤機中的原整流電路換成由智能型模塊組成的可調控型電路，當電機進行供電工作時，原來的整流電路和逆變電路可以相互轉換，電能能夠反轉到電網，從而實現節能。此外，此技術還可以在任何運行狀態下實現對變頻器的調控，以便將力矩調整至效果最優。

3.2 ?應用于提升設備

煤礦中的提升設備負責的工作主要是運輸井下物資、煤炭以及人員等，相當于礦井的咽喉，因此，一旦提升系統中發生故障，就會導致整個礦井的癱瘓。對提升設備進行控制的較為傳統的方法是在電機的電線內部加入所需要的金屬電阻，并利用觸碰器來隔斷電阻，從而實現對提升速度進行控制，但是需要注意的是，在此過程中常常會出現金屬電阻能耗較大、零件散熱效果差等問題，此外，利用金屬電阻來調節提升速度，其調節范圍比較局限，精度也不夠高，而且極有可能導致設備的損傷與電力的浪費。將變頻調節控制技術應用到提升設備中，可以解決上述問題，還能夠提升系統的無級平穩變速等。變頻控制調節技術的優勢有：①繼電器的數量減少，使得所占用的空間變小，問題率也降低，進而維護量也會降低;②調控具有較高的精度與較好的擴展能力;③可以利用程序編寫器編寫程序，對電路控制圖和梯形圖進行自由轉換;④進行柔性控制，可以使得沖擊導致的機械損耗被減少;⑤可以利用控制系統查看故障部位，還可以對電氣系統和監測系統進行自檢。

3.3 ?應用于輸送機

煤礦生產的重點與難點工作是井下工作面輸送機的運輸安全問題，在輸送機的工作過程中，其工作、啟停等都會耗費大量電能，應用變頻調控技術，可以使得輸送機依據自身運載強度來變換運轉功率，從而令運轉速率能夠保持穩定，使得設備散熱多、耗能大等問題得以解決，從最大程度上避免了能源的浪費，還是得輸送機的使用壽命變得更長;此外，應用變頻調節控制技術，能夠實現輸送機運轉、停啟以及調速等操作的柔性，使得設備皮帶的老化速度變緩，減少了皮帶老化、斷裂等隱患。實踐證明，應用變頻調節控制技術可以讓系統的運轉功率達到至少85%，工作效率得到了大大提高。

3.4 ?應用于井下水泵

井下水泵所負責的工作是整個礦井的排水，在礦井的建井、生產等時期，不同區域、不同季節的用水量有所變化，因此應當經常依據實際的出水情況對井下水泵的排水能力進行調控，由于計算水泵的排水量是基于礦井的最大涌水，所以涌水量對水泵類型的選擇有直接影響。將變頻調節控制技術應用到水泵的改造中，可以基于礦井需要的排水量，對電機運轉功率進行設置，調整電機的運轉速度，使其符合礦井實際需要的排水能力，這樣也能夠延長設備壽命。

3.5 ?應用于通風機

通風機是重要的煤礦機電設備，其功能主要是為井下輸送風流、更換空氣，主通風機一般不能停止運行，相當于礦井的呼吸系統，隨著煤礦開采加深，其整體需風量也會增大，隨著生產時期及實際需求等的變化，需要及時調整通風量。一般要按照礦井的最大需風量來選擇通風機的類型，這樣雖然可以滿足礦井通風需求，但必然會造成資源的浪費，應用變頻調節控制技術，可以基于礦井的實際需求設置通風機功率，既能滿足礦井通風需求，又能避免能源浪費，根據統計，至少能夠減少40%的電能損耗。

4 ?結束語

目前，變頻控制技術日益普及，市場競爭也日漸激烈，人們越來越廣泛地將變頻控制技術應用到了煤礦機電設備中，但是實際上，在我國各地的煤礦中還未實現對變頻控制技術的普遍應用，而且也沒有將其應用到一些較為大型的變頻設備中以及關鍵技術中，相比于國外對于變頻控制技術的實踐，差距較大。因此可以看出，在我國，將變頻控制技術應用到我國的煤礦機電設備中還有很大的發展空間，此外，在未來，電子技術、計算機技術、自動化控制以及信息技術等都會逐漸應用到煤礦機電領域中去，令相關設備的智能化水平有所提高，這也會使得變頻控制技術的應用基礎更加穩固。

參考文獻

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收稿日期：2018-12-7