變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用研究

趙發(fā)飛

摘 要：目前，我國(guó)煤礦開(kāi)采業(yè)不斷發(fā)展，開(kāi)采技術(shù)不斷進(jìn)步，并引進(jìn)了很多高科技機(jī)電設(shè)備。為了提高機(jī)電設(shè)備的工作效率，減少能源消耗，變頻控制技術(shù)逐漸應(yīng)用到煤礦機(jī)電設(shè)備中，不僅提高了機(jī)電設(shè)備的工作效率，而且推動(dòng)煤礦開(kāi)采步入新的發(fā)展時(shí)期。文章主要分析了變頻技術(shù)的工作原理、發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展優(yōu)勢(shì)，對(duì)變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行研究，為推動(dòng)煤礦開(kāi)采業(yè)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：變頻控制技術(shù);煤礦;機(jī)電設(shè)備

中圖分類號(hào)：TD614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）10-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.10.007

變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的不斷應(yīng)用，提高了煤炭的開(kāi)采率，加快了我國(guó)煤炭事業(yè)發(fā)展速度，同時(shí)，推動(dòng)企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，滿足市場(chǎng)發(fā)展的需要，煤礦開(kāi)采業(yè)的安全性也得到了有效保障。因此，我國(guó)應(yīng)加大變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用，為煤礦事業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 變頻控制技術(shù)的工作原理

煤礦機(jī)電設(shè)備的設(shè)計(jì)既要符合動(dòng)力學(xué)要求，又要充分考慮機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)荷，在滿足機(jī)電設(shè)備正常運(yùn)行的同時(shí)，提高機(jī)電設(shè)備的用電效率[1]。在煤礦機(jī)電設(shè)備中，變頻控制技術(shù)的應(yīng)用是必要的，其某些半導(dǎo)體元件的幫助下，可以將工頻電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他頻率，逐步完成從“交流電”到“直流電”的轉(zhuǎn)換。變頻控制技術(shù)主要包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、電機(jī)械設(shè)備等，構(gòu)成了性能較強(qiáng)的控制技術(shù)，能夠保障機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定性。

變頻控制技術(shù)的工作原理是改變交流電的頻率，改變機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在實(shí)際工作中，主要通過(guò)機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)改變，涉及變頻器、逆變器等設(shè)備。正常電流在通過(guò)線路輸入變頻器的過(guò)程中，改變其電流頻率，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡缓笤谀孀兤鞯淖饔孟聦⒅绷麟娹D(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡瑫r(shí)對(duì)電流和電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。變頻控制技術(shù)能夠依據(jù)實(shí)際工作量，改變機(jī)電設(shè)備的工作速度，利用電流頻率有效控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，降低工作負(fù)荷，減緩工作速度，提高機(jī)電設(shè)備的工作效率，保證煤礦開(kāi)采業(yè)的安全性。

2 變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的現(xiàn)狀與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)階段，變頻控制技術(shù)在我國(guó)煤礦開(kāi)采業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，推動(dòng)了變頻控制技術(shù)的智能化發(fā)展。但是，由于我國(guó)變頻控制技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間較晚，導(dǎo)致變頻控制技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展相對(duì)較慢，實(shí)際工作中依然存在各種問(wèn)題。一方面，在逆變器控制技術(shù)的具體操作中，并未建立一套完善的管理體系，無(wú)法對(duì)技術(shù)與工作步驟進(jìn)行規(guī)范化管理，部分工作人員不清楚崗位職責(zé)，工作中容易產(chǎn)生分歧，無(wú)法體現(xiàn)變頻控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，難以提高機(jī)電設(shè)備的工作效率。另一方面，變頻控制技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中管理效果較低，對(duì)機(jī)電設(shè)備的監(jiān)察力度不夠，對(duì)其出現(xiàn)的問(wèn)題無(wú)法進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，容易出現(xiàn)誤差，影響機(jī)電設(shè)備的正常工作。

同時(shí)，變頻控制技術(shù)在煤礦開(kāi)采過(guò)程中的自動(dòng)化程度較低，管理過(guò)程相對(duì)混亂，一些遺漏需人工操作完成，大大降低了機(jī)電設(shè)備的工作效率，不利于科學(xué)技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

與傳統(tǒng)的開(kāi)采模式相比，變頻控制技術(shù)在煤礦開(kāi)采中更具優(yōu)勢(shì)。

首先，有利于提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)電設(shè)備在變頻控制技術(shù)支持下更具自動(dòng)化、靈活性，使機(jī)電設(shè)備在不需要工作的情況下自動(dòng)停止工作或轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，在需要工作時(shí)及時(shí)進(jìn)入工作狀態(tài)，避免能源浪費(fèi)，在有效降低機(jī)電設(shè)備運(yùn)行成本的同時(shí)，保證生產(chǎn)效率的穩(wěn)步提升，增加煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

其次，有利于改善機(jī)電設(shè)備性能。變頻控制技術(shù)可以將交流電的固定頻率進(jìn)行直接轉(zhuǎn)化，使設(shè)備性能具有可變性，提高交流電能源應(yīng)用效率。同時(shí)，變頻控制技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)致數(shù)字信息處理無(wú)法限制機(jī)電設(shè)備集成化電路的生成，確保機(jī)電設(shè)備能夠在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)正常工作。

最后，有利于煤礦開(kāi)采行業(yè)更具環(huán)保性。變頻控制技術(shù)的應(yīng)用直接降低了電能消耗率，減少生產(chǎn)中產(chǎn)生的煙氣，減輕機(jī)電設(shè)備的損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

3 變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

3.1 在采煤機(jī)中的應(yīng)用

煤礦開(kāi)采行業(yè)會(huì)使用到功能不同、種類不同的機(jī)電設(shè)備，采煤機(jī)是常見(jiàn)機(jī)電設(shè)備之一。采煤機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為復(fù)雜，會(huì)消耗大量能源。為減少采煤機(jī)的能源浪費(fèi)，提高工作效率，需要嚴(yán)格控制采煤機(jī)的運(yùn)行過(guò)程，利用變頻控制技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改善。在實(shí)際工作過(guò)程中，采煤機(jī)會(huì)受到地質(zhì)條件的影響，不同的地質(zhì)條件要應(yīng)用不同的功率，在此基礎(chǔ)上改善采煤機(jī)能源損耗嚴(yán)重的問(wèn)題[2]。

由于變頻控制技術(shù)具有智能化的特點(diǎn)，將其應(yīng)用到采煤機(jī)中能夠根據(jù)實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中所遇到的情況，自動(dòng)調(diào)整采煤機(jī)的運(yùn)行功率，確保在不同地質(zhì)條件下，提高采煤機(jī)的工作效率，避免能源浪費(fèi)。因此，在采煤機(jī)中應(yīng)用變頻控制技術(shù)不僅能夠改善傳統(tǒng)采煤機(jī)工作中的缺陷，而且能夠保證采煤機(jī)的工作效率。

3.2 在通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

通風(fēng)機(jī)是保證煤礦開(kāi)采工作安全性的重要設(shè)備，為煤礦開(kāi)采工作提供良好的工作環(huán)境。在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，傳統(tǒng)的通風(fēng)機(jī)通風(fēng)能力較差，能源消耗率較高。將變頻控制技術(shù)應(yīng)用于通風(fēng)設(shè)備中，可以根據(jù)礦井深度調(diào)節(jié)風(fēng)力大小，減少能源消耗，為煤礦開(kāi)采工作創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。

在煤礦開(kāi)采中，礦井深度決定送風(fēng)壓力，礦井越深，送風(fēng)壓力越大，通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行功率也隨之不斷加大。變頻控制技術(shù)的應(yīng)用可以提高通風(fēng)機(jī)的工作效率，保證開(kāi)采環(huán)境。應(yīng)用變頻控制技術(shù)可以根據(jù)通風(fēng)設(shè)備使用情況、礦道變化、礦井深度，調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，保證資源的有效利用。同時(shí)，應(yīng)用變頻控制技術(shù)還能夠增加通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率，延長(zhǎng)通風(fēng)機(jī)的使用年限，降低投入成本，減少人力資源的浪費(fèi)，節(jié)省維修成本。

3.3 在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

礦井提升機(jī)是在煤礦開(kāi)采中的主要運(yùn)輸設(shè)備，對(duì)于施工人員、開(kāi)采設(shè)備、開(kāi)采資源進(jìn)行運(yùn)輸。由于運(yùn)輸?shù)奈锲凡煌⒅亓坎煌行д瓶剡\(yùn)輸速度與停啟。傳統(tǒng)的提升機(jī)主要依靠電阻控制升降速度與停啟工作，根據(jù)檔位劃分速度，但是要消耗大量電能，而且在控速過(guò)程中機(jī)械式開(kāi)關(guān)存在一定的危險(xiǎn)性，巨大的沖擊力會(huì)對(duì)鋼絲繩造成嚴(yán)重磨損。將變頻控制技術(shù)應(yīng)用到提升機(jī)，智能系統(tǒng)能夠有效提升礦井提升機(jī)的平穩(wěn)性，減少運(yùn)動(dòng)沖擊力，同時(shí)嚴(yán)格控制提升速度，降低電能消耗，減少成本投入。

3.4 在皮帶傳輸機(jī)中的應(yīng)用

皮帶傳輸機(jī)是煤炭傳送的主要運(yùn)輸設(shè)備。傳統(tǒng)的皮帶運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)皮帶老化或者斷裂的現(xiàn)象，不但影響正常的工作運(yùn)行，而且會(huì)增加維修成本。在皮帶運(yùn)輸機(jī)中應(yīng)用變頻控制技術(shù)，可以根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況調(diào)整輸送速度、頻率，在未進(jìn)行煤炭輸送工作時(shí)自動(dòng)停止，避免不必要的資源消耗，起到節(jié)約能源的作用。在皮帶運(yùn)輸機(jī)中設(shè)置稱重反饋系統(tǒng)，能夠提高皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作效率，通過(guò)能量回饋功能，降低電能消耗。

3.5 在空氣壓縮機(jī)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)主要是螺桿式空壓機(jī)，通過(guò)對(duì)空氣進(jìn)行加載與減載交替進(jìn)行的方式實(shí)現(xiàn)空氣壓縮。工作過(guò)程中，加載時(shí)向管網(wǎng)內(nèi)打風(fēng)，減載時(shí)設(shè)備空載運(yùn)行，致使電能產(chǎn)生一定的浪費(fèi)。變頻控制技術(shù)在空氣壓縮機(jī)中應(yīng)用的主要原理是改變電動(dòng)機(jī)輸入電源的頻率，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，控制其單位時(shí)間內(nèi)的出風(fēng)量，有效控制管路壓力，有利于避免電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)生電量消耗，降低了頻繁加載與減載所帶來(lái)的能量消耗以及對(duì)于電網(wǎng)的沖擊，降低電動(dòng)機(jī)輸入功率，提高空氣壓縮機(jī)的工作效率[3]。其中，壓力閉環(huán)控制與開(kāi)環(huán)控制的調(diào)節(jié)模式，不僅能夠使空壓機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，而且增加了其運(yùn)行的安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

在煤礦開(kāi)采行業(yè)，將變頻控制技術(shù)應(yīng)用到采煤機(jī)、礦井提升機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、通風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)等各種功能的機(jī)電設(shè)備中，增加了煤礦工作的開(kāi)采效率，使工作更具科學(xué)性、智能性、安全性。未來(lái)，更多新興技術(shù)將逐步應(yīng)用到煤礦開(kāi)采行業(yè)中，推動(dòng)我國(guó)煤礦開(kāi)采行業(yè)加快實(shí)現(xiàn)智能化與現(xiàn)代化。

參考文獻(xiàn)

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[2] 陳峰.變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2021（3）：235-236.

[3] 徐國(guó)祥，殷濤.變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用[J].中國(guó)設(shè)備工程，2020（16）：182-183.