礦山機電設備變頻控制技術原理及應用研究

胡永遷 牛玉西

摘 要：煤礦生產是一種典型的大能耗生產過程，能耗所帶來的費用一直是煤礦生產成本的重要構成部分，因此實現能耗的有效降低對于煤礦生產的持續開展和效益提升具有意義重大。變頻技術在煤礦礦區地面和井下的提升、通風、采煤、運輸、選煤等各種礦山設備控制系統得到了廣泛的應用，具有明顯的節能效果和優越的調節性能。本文首先闡述了變頻控制技術的基本原理，并在此基礎上，對礦山機電設備變頻控制技術的應用進行了分析與研究。

關鍵詞：礦山機電設備;變頻控制技術;工作原理

隨著科學技術的快速發展，變頻控制技術的發展也日新月異。礦山機電設備變頻控制作為一種綜合性的技術應用手段，能全面提升礦山的開采質量和效率，在提高工作效能上具有很大的作用。尤其是現代信息技術手段，包括自動化控制技術、大功率輸出技術的迅速發展，更好的促進了礦山機電設備變頻控制技術的發展。通過了解礦山機電設備變頻控制技術的原理，可以全面掌握變頻控制技術在礦山機電設備中的應用模式，從而更好的服務礦山的技術開采。

1 變頻控制技術工作原理

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。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。

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。

2 礦山機電設備變頻控制技術應用要點

隨著我國經濟發展和科技進步，各類新技術的應用促進了各行業的發展。在采礦業中，變頻控制技術在礦山機電設備中的應用，延長了機電設備使用壽命，減少了能源消耗，促進了礦山開采的進步。

2.1 變頻控制技術在傳送以及升降設備中的應用

在礦山作業中，機電設備是必不可少的，而機電設備中有超過一半的機器都是用來對礦石、原料、工人以及其他設備等進行傳送或者是升降的。所以，傳送以及升降設備是礦山產業中必不可少的組成部分。在傳統手段中，對升降機進行調速的控制。主要是利用電動機轉子電路中進行金屬電阻的嵌入，通過鼓形控制器或接觸器對電阻進行切斷，實現調速的目的。但是在實際應用中，電阻消耗的能源大。并且會產生很高的熱量，體現出機電設備散熱性比較差。再加上對電阻調速的范圍是有限的，精確度不高，在進行升降活動減速運行的時候。容易對設備造成損毀，且消耗大量的電能，造成浪費。

變頻技術應用在礦山設備中的升降機電路中，就能夠更加方便快速的實現升降機的變速效果，并且調速系統中的穩定性能也得到了進一步的加強利用變頻控制技術對后臺的程序編譯器進行控制，就能夠對電控系統中的繼電邏輯的預編譯進行編輯和完成，保證控制電路能夠進行快速的轉變。而因為控制電路中的繼電器變少了，發生故障的概率也降到最低，減少了對設備的維護和保養工作。且利用更加智能化的人機交互界面，更能夠方便快捷的及時發現故障，提高了故障處理的效率。利用設備內置的控制程序，能夠對電路進行升級，不需要更換系統內部的各種硬件，真正實現了對設備的柔性控制。而在電路中裝置一定的反饋電力設備，更能夠節約資源，降低能耗。電氣設備的電子化，與傳統的機械化設備相比較而言，在一定程度上降低了對設備的損耗，延長了設備的使用壽命。

2.2 變頻控制技術在通風設備中的應用

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。

2.3 變頻控制技術在采掘設備中的應用

礦山的采掘設備都是大功率的設備，所以，其變頻調速的系統中，已經從原有的一對多的控制方式，發展成為現在的一對一的方式，當前變頻控制技術的發展情況來看，交流變頻調速的技術已經在礦山采掘設備中得到了很好的應用，尤其是在采煤機中的應用，如能量回饋型的四象限運行交流變頻控制技術，能夠在提前設置的額定轉速的前提下，達到固定轉矩調節的目的，并且能夠對超出額定轉述的功率調節和變頻器之間的控制和轉矩之間進行控制，該項技術的最大的優勢就是能夠將制動力矩進行調節，同時，還能夠保證牽引的速度處于穩定的狀態內，防止礦山機電設備出現下滑、跑車的問題簡單的設備結構和簡單的操作，更能夠讓其與現實中復雜的環境相適應。

3 結束語

綜上所述，隨著我國經濟的發展和科學技術的進步，機電設備變頻技術也得到了迅猛發展。變頻技術因其卓越的調節和控制性能，被廣泛應用于我國礦井生產和建設中的采礦、通風、提升、選擇和運輸等各種礦山機電設備控制系統當中，不僅改善了礦區的生產環境，并使煤礦企業取得了良好的節能效果。為此，必須全面了解變頻控制技術的工作原理，只有這樣才能將其更好地運用到各個設備當中，才能更好地發揮其優勢作用，更好地為煤礦事業服務。

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