機(jī)電設(shè)備變頻控制技術(shù)研究

蘭 芳

（福建聯(lián)合動(dòng)力機(jī)電科技有限公司，福州 350109）

先進(jìn)技術(shù)在節(jié)能方面貢獻(xiàn)了重要力量，在煤礦產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)異。計(jì)算機(jī)電機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、電子信息技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備領(lǐng)域的普及，促進(jìn)了大功率輸送技術(shù)的發(fā)展，加快了煤礦機(jī)電設(shè)備產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的步伐。變頻控制技術(shù)的普及應(yīng)用，使得煤礦開(kāi)采更潔凈，為節(jié)能環(huán)保工作做出了突出貢獻(xiàn)。

1 變頻控制技術(shù)的工作原理

在煤礦產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)期間，變頻技術(shù)在機(jī)電設(shè)備方面主要應(yīng)用了電力電子技術(shù)、微機(jī)技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)。在變頻控制技術(shù)的實(shí)際操作中，將機(jī)電技術(shù)與其相關(guān)的強(qiáng)電弱電技術(shù)相互融合是關(guān)鍵，從而形成了一套新的行之有效的電子技術(shù)。該技術(shù)主要采用電子半導(dǎo)體的部分零件，利用工頻電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為需要的工作頻率，形成可以控制電能的機(jī)電裝置。變頻控制技術(shù)的工作原理的重點(diǎn)在于整理工頻交流電壓，將其全部轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的直流電壓，再采用逆變器裝置調(diào)節(jié)原有的頻率和電壓[1]。通過(guò)這些操作使得電壓可調(diào)，可以作為電源被直接用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，并為電動(dòng)機(jī)供應(yīng)所需的無(wú)極調(diào)速電壓和電流。變頻調(diào)速控制技術(shù)的逐步推廣使用，使得無(wú)附加損耗調(diào)速得以實(shí)現(xiàn)，成為目前煤礦機(jī)電設(shè)備重點(diǎn)調(diào)速方法之一。變頻調(diào)速控制技術(shù)在實(shí)際操作方面應(yīng)該考慮電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)載能力，根據(jù)實(shí)際負(fù)載能力進(jìn)行自動(dòng)、平滑的控制來(lái)達(dá)到增速減速的目的[2]。同時(shí)，盡量提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，有利于完善機(jī)電設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行效率。

2 變頻控制技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用

2.1 變頻控制技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機(jī)

礦井提升機(jī)在煤礦生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位，可以安全將員工與材料運(yùn)輸?shù)侥康牡?。傳統(tǒng)技術(shù)采用電阻帶動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與鼓型控制器聯(lián)合控制傳送速度，不足在于小號(hào)電阻過(guò)多，易引起散熱不良等問(wèn)題，且無(wú)法精確控制調(diào)速區(qū)間，需要進(jìn)行革新[3]。在礦井提升機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)的不足。不僅可以提高器械的安全性，還可以增加器械的系統(tǒng)性，同時(shí)明顯提升了平滑、無(wú)極變速等方面的性能。在礦井提升機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)具有以下3方面優(yōu)點(diǎn)。第一，與編程器結(jié)合。通過(guò)變更電控系統(tǒng)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電路圖與梯形圖的靈活切換。第二，繼電器操控層面無(wú)需過(guò)多的外部線路，明顯降低了繼電器的使用率，減少了出現(xiàn)故障的幾率，釋放了空間，有效解決了空間不足的問(wèn)題。第三，通過(guò)使用編程器與觸摸顯示屏，可以很大程度上為處理系統(tǒng)故障提供方便，且處理過(guò)程更加簡(jiǎn)便，同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電器與設(shè)備故障。變頻小型發(fā)電機(jī)的實(shí)物圖，如圖1所示。

圖1 變頻小型發(fā)電機(jī)

2.2 變頻控制技術(shù)應(yīng)用于皮帶機(jī)

皮帶機(jī)相較于提升機(jī)需要損耗更多的功率。因?yàn)槟Σ亮εc特殊張力的相互作用，皮帶的滾軸上出現(xiàn)了對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。傳統(tǒng)技術(shù)采用減壓空載啟動(dòng)、轉(zhuǎn)子串接電阻等方法，由于啟動(dòng)電流太大，使得電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)高溫，易導(dǎo)致發(fā)生機(jī)械沖激或者電壓波動(dòng)幅度過(guò)大等情況。此外，啟動(dòng)過(guò)程較快，易加速皮帶的磨損衰老，甚至使皮帶產(chǎn)生斷裂，因此皮帶的質(zhì)量需要達(dá)標(biāo)。當(dāng)使用液力耦合器運(yùn)行時(shí)，易加速零部件的損耗，使內(nèi)部油溫升高，導(dǎo)致維修保養(yǎng)更加困難，且會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染，難以控制功率勻速輸出[4]。在皮帶機(jī)中應(yīng)用變頻控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)軟起與軟停的目的，從基礎(chǔ)上改良皮帶機(jī)的總體性能。首先，從實(shí)際負(fù)載情況入手，科學(xué)調(diào)節(jié)輸出頻率和力矩、頻率，在傳統(tǒng)的恒速工頻運(yùn)行層面取得了顯著成果，并為節(jié)約電能貢獻(xiàn)了力量。其次，在運(yùn)作過(guò)程中，它明顯改善了工作效率，可以將工作效率提高到90%以上。最后，在變頻器中，通過(guò)能量回饋功能，不僅能夠節(jié)約電能，實(shí)現(xiàn)環(huán)保，還可節(jié)約器械維修費(fèi)用。

2.3 變頻控制技術(shù)應(yīng)用于采煤機(jī)

在大多數(shù)時(shí)候，采煤機(jī)所需損耗的功率更大，一旦采煤機(jī)的運(yùn)行不能維持在額定功率，就會(huì)導(dǎo)致采煤機(jī)內(nèi)部線路的電流不穩(wěn)定而出現(xiàn)局部斷路情況影響采煤機(jī)的正常運(yùn)作。采煤機(jī)運(yùn)作的場(chǎng)所通常地理位置較低，環(huán)境較差。在錯(cuò)綜復(fù)雜的環(huán)境中，采煤機(jī)面臨著巨大困難。傳統(tǒng)操作過(guò)程中難以維持電流和功率的穩(wěn)定，因此一旦采煤機(jī)在坎坷不平的路面上作業(yè)，就容易出現(xiàn)停機(jī)甚至滑坡的情況，存在較大的安全隱患。電子自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，尤其是對(duì)變頻自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，可以解決這些安全隱患，同時(shí)解決了設(shè)備能耗問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)[5]。可見(jiàn)，變頻控制技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用，不僅提高了系統(tǒng)總體的穩(wěn)定性，也改善了采煤機(jī)的停機(jī)問(wèn)題，提高了采礦運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

2.4 變頻控制技術(shù)應(yīng)用于通風(fēng)機(jī)

煤礦生產(chǎn)持續(xù)增長(zhǎng)，導(dǎo)致能源損耗問(wèn)題和電能浪費(fèi)問(wèn)題突顯。在煤礦開(kāi)采期間，每個(gè)步驟相互關(guān)聯(lián)。一個(gè)步驟出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)影響下一個(gè)步驟的正常生產(chǎn)，甚至造成安全隱患。通風(fēng)機(jī)在煤礦開(kāi)采中具有舉足輕重的地位，直接影響了許多環(huán)節(jié)的通風(fēng)狀況，從而影響了整個(gè)系統(tǒng)的散熱效果。設(shè)備具有良好的散熱性能是保證整個(gè)系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。將變頻控制技術(shù)應(yīng)用于通風(fēng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)約電能，增強(qiáng)系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。

2.5 變頻控制技術(shù)應(yīng)用于井下水泵

井下水泵在礦井中的關(guān)鍵作用是排水。在建井與施工期間，不同區(qū)域不同位置的含水量會(huì)有差別。季節(jié)不同也會(huì)導(dǎo)致涌水量不同。因此，需要按照實(shí)際的出水量，定時(shí)調(diào)節(jié)井下水泵的排水性能，了解水泵的種類與出水量的相互聯(lián)系。將變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)應(yīng)用于水泵，不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)器械的改造和升級(jí)，還可以根據(jù)礦井的排水量，科學(xué)調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行功率與運(yùn)行速度，從而符合礦井排水的實(shí)際需要，即科學(xué)合理地降低能耗，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

3 結(jié)語(yǔ)

將變頻控制技術(shù)應(yīng)用于煤礦產(chǎn)業(yè)，既提高了機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性，又增加了速度方面的可調(diào)節(jié)性，且操作簡(jiǎn)便，可提高工作效率，所需的空間較小，易拆卸。變頻控制技術(shù)應(yīng)用于煤礦機(jī)電，完善了生產(chǎn)過(guò)程，既為節(jié)能貢獻(xiàn)了力量，又提高了能源使用率和生產(chǎn)效率。