變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦運(yùn)輸機(jī)中的應(yīng)用分析

高健

（安徽德高礦山科技有限公司，安徽 淮北 235000）

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)得到了快速發(fā)展，各行業(yè)對(duì)能源的需求量不斷增大，作為現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的一種資源形式，煤炭資源開(kāi)采效率受到了人們的密切關(guān)注。過(guò)去，在煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中，主要運(yùn)用的是運(yùn)輸機(jī)，此方式運(yùn)輸質(zhì)量不高、無(wú)法自動(dòng)調(diào)速、運(yùn)輸速度慢。變頻調(diào)速技術(shù)能夠相應(yīng)地改變輸入電源頻率，對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，促使電動(dòng)機(jī)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)速度和軟啟動(dòng)停止，平衡功率，在煤礦運(yùn)輸機(jī)中運(yùn)用此技術(shù)，可以促進(jìn)運(yùn)輸機(jī)的工作效率大大提升。所以，當(dāng)前，針對(duì)煤礦運(yùn)輸機(jī)中變頻技術(shù)的有效應(yīng)用展開(kāi)深入研究，意義尤為重大，可以加深對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的原理特點(diǎn)、煤礦運(yùn)輸機(jī)的作用的掌握，從而最大化發(fā)揮出此技術(shù)的作用，促進(jìn)煤礦整體運(yùn)輸效率的提高，獲得最佳化的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 煤炭運(yùn)輸機(jī)概述

在煤礦工業(yè)中，最不可忽略的一個(gè)環(huán)節(jié)就是煤炭運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)，其高效性、穩(wěn)定性直接影響著整個(gè)生產(chǎn)的運(yùn)行。以往的運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)，即使低速扭矩發(fā)生變化，其速度依然未受影響。不論是對(duì)煤炭，還是物資材料進(jìn)行運(yùn)輸，扭矩的變化不會(huì)影響運(yùn)輸機(jī)的速度，只是負(fù)載電阻會(huì)發(fā)生改變。除此之外，傳送帶速度受到影響也比較小。針對(duì)運(yùn)輸操作的具體方式來(lái)說(shuō)，也就是超低功率近零電源，傳輸距離短則幾百米，長(zhǎng)則能夠達(dá)到幾千米，低速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用。煤炭運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)十分繁雜且龐大，要求技術(shù)集中。其中矢量系統(tǒng)不僅耗能低，且可長(zhǎng)期保持一個(gè)高性能狀態(tài)。而其中的速度反饋則能夠事先設(shè)定速度，借助監(jiān)測(cè)對(duì)扭矩展開(kāi)自動(dòng)調(diào)節(jié)，還能和實(shí)際情況相結(jié)合，另外加入一些操作程序，如張力測(cè)量等，從而進(jìn)一步完善整個(gè)控制過(guò)程，確保整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)高效、穩(wěn)定地運(yùn)行，保障運(yùn)行安全。

2 變頻調(diào)速技術(shù)的概述

2.1 變頻調(diào)速技術(shù)的原理

安裝變頻器是應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的重中之重，圖1便是一種常見(jiàn)的變頻器，圖2為其系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)圖。變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成部分主要包括輔助器件、電抗器和變頻器主體，各器件之間互相配合，有效控制電動(dòng)機(jī)速度，并實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)等。變頻器主體借助可控硅整流，同時(shí)借助諸多IGBT功率器件，將逆變器組成，由交流供電在上級(jí)饋電開(kāi)關(guān)的輔助下成功進(jìn)入整流模塊中，成為直流，之后通過(guò)濾波電容后進(jìn)入IGBT，將直流轉(zhuǎn)化成適當(dāng)頻率、相位與電壓的交流電，進(jìn)而提供給電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需電力。

圖1 一種常見(jiàn)的變頻器

圖2 一種變頻器的系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)圖

但是，以異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式n=60f1p（1-s）為基礎(chǔ)，可以了解到，轉(zhuǎn)差率s一定的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n同電動(dòng)機(jī)電流頻率f1之間的關(guān)系呈正比。所以，如果想平滑調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的勻速速度，最重要的一個(gè)步驟就是改變供電電源的頻率，但中途不能中斷。但是，當(dāng)f1出現(xiàn)改變時(shí)，也會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的其他參數(shù)，這樣就會(huì)讓電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性發(fā)生變化，如此就無(wú)法獲得良好的調(diào)速特性。針對(duì)這一問(wèn)題，應(yīng)聯(lián)系電機(jī)學(xué)的知識(shí)，與調(diào)節(jié)定子電壓相配合，也就是U1=E1+I1Z1。

2.2 運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)的必要性

變頻調(diào)速技術(shù)是以三相異步電動(dòng)機(jī)在頻率的改變下發(fā)生變化的特性為基礎(chǔ)，借助將交流電機(jī)的供電頻率改變展開(kāi)調(diào)速。因?yàn)槠渚哂懈咝浴⒎€(wěn)定性，所以逐漸廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中。20世紀(jì)中后期前，我國(guó)煤礦運(yùn)輸機(jī)通常是借助電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)的，如水泵、運(yùn)輸機(jī)和提升機(jī)等設(shè)備，而借助此方式，所需維護(hù)成本較高，進(jìn)而導(dǎo)致煤礦運(yùn)輸工作始終無(wú)法得到良好發(fā)展，甚至對(duì)設(shè)備的使用壽命造成極大影響，在此形勢(shì)下，變頻調(diào)速技術(shù)隨之出現(xiàn)，其在一定程度上結(jié)合了其他技術(shù)，如智能控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，調(diào)速方式先進(jìn)、系統(tǒng)穩(wěn)定，所以很快便在煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了廣泛運(yùn)用，促進(jìn)了煤礦生產(chǎn)良好發(fā)展。在感應(yīng)技術(shù)、通信技術(shù)的日新月異下，變頻調(diào)速技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展，性能大大提升，同時(shí)，越來(lái)越智能化和小型化，所以在煤礦運(yùn)輸機(jī)中，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用是必經(jīng)之路。

3 煤礦運(yùn)輸機(jī)中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性，所需承重較大，同時(shí)，在轉(zhuǎn)型中啟動(dòng)制動(dòng)、傳送帶和運(yùn)輸具有非常大的動(dòng)態(tài)張力，很容易造成一些或所有皮帶滑動(dòng)，進(jìn)而磨損驅(qū)動(dòng)滾筒墊，也會(huì)使傳動(dòng)皮帶表面受到影響，導(dǎo)致皮帶與輥之間的黏附系數(shù)降低，進(jìn)而無(wú)法順利實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸和啟動(dòng)。受張力影響，輸送帶發(fā)生移動(dòng)，安全系數(shù)明顯降低，且加大了負(fù)載張緊裝置，附加位移，產(chǎn)生較大影響，甚至引發(fā)極大的機(jī)械損壞。

在工作過(guò)程中，運(yùn)輸機(jī)涉及以下幾個(gè)方面：首先，初級(jí)階段的時(shí)間與輸送帶靜態(tài)電阻驅(qū)動(dòng)滾筒過(guò)程的運(yùn)行之間存在著緊密的聯(lián)系，并且還與傳動(dòng)滑輪的靜態(tài)電阻組反饋時(shí)間有著密切聯(lián)系。啟動(dòng)階段，即設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)，其靜阻力向動(dòng)阻力轉(zhuǎn)變的階段，在該階段中，由于靜態(tài)阻力發(fā)展成動(dòng)態(tài)阻力，所以會(huì)導(dǎo)致輸送帶動(dòng)態(tài)張力上升，引起輸送帶振動(dòng)。此過(guò)程如果想順利運(yùn)輸，就要立足最開(kāi)始的張力促使皮帶的張力加大。滾筒驅(qū)動(dòng)器被驅(qū)動(dòng)后，在推動(dòng)力的作用下，會(huì)向周圍切入點(diǎn)進(jìn)行傳送，最終促使往返輸送過(guò)程順利實(shí)現(xiàn)。最后一個(gè)階段便是輸送階段，是立足初級(jí)階段慢慢向啟動(dòng)階段轉(zhuǎn)變，之后立足兩者將額定轉(zhuǎn)速輸入，最終實(shí)現(xiàn)順利輸送。此階段的運(yùn)輸機(jī)缺乏穩(wěn)定性，狀態(tài)不好，與交流電運(yùn)用過(guò)程中的機(jī)器特點(diǎn)存在著緊密的聯(lián)系，輸送帶在出發(fā)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大動(dòng)態(tài)張力。因?yàn)檩斔蛶且环N黏彈性體，因此，借助驅(qū)動(dòng)力可以促使黏彈性發(fā)生變形，同時(shí)，設(shè)備缺乏穩(wěn)定性，造成動(dòng)張力出現(xiàn)。輸送帶啟動(dòng)前，其各部分的靜阻力均不一樣，在啟動(dòng)操作的作用下，能夠形成逐級(jí)啟動(dòng)模式。若要想讓輸送帶某一段可以成功地進(jìn)行輸送，必須確保可以承受的靜阻力比兩端的拉力差低，如此才可以啟動(dòng)。此時(shí)，若是輸入的驅(qū)動(dòng)力忽然發(fā)生變化，便會(huì)對(duì)輸送帶產(chǎn)生沖擊，出現(xiàn)回峰值張力，該狀況與輸送帶涉及的力學(xué)性質(zhì)、運(yùn)輸機(jī)長(zhǎng)度、運(yùn)行阻力等因素有著密切聯(lián)系。就此情況，可以將變頻驅(qū)動(dòng)裝置加入驅(qū)動(dòng)裝置中，以此對(duì)裝置的機(jī)械性能進(jìn)行調(diào)整，將峰值張力有效消除，確保裝置的輸入更加平穩(wěn)。

除此之外，輸送帶運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定的情況下，不僅靜張力會(huì)對(duì)其造成影響，速度變化形成的附加張力會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。運(yùn)輸機(jī)在啟動(dòng)后，傳輸速度與阻轉(zhuǎn)矩之間不存在聯(lián)系，其屬于一種恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。因此，同時(shí)受到動(dòng)張力和靜張力，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)滾筒出運(yùn)輸機(jī)張力變大，進(jìn)而造成運(yùn)輸機(jī)工況缺乏穩(wěn)定性，最終損壞輸送帶滾筒、設(shè)備的電機(jī)和其他部件。就此情況，可以使用變頻調(diào)速技術(shù)（其應(yīng)用特征見(jiàn)表1）。如此，在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，可以調(diào)整供電電壓的頻率，借助轉(zhuǎn)變電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，可解決以上問(wèn)題。整個(gè)過(guò)程以系統(tǒng)最初設(shè)定的時(shí)間范圍為基礎(chǔ)，增大零轉(zhuǎn)速，使其處于運(yùn)行速度，此過(guò)程不會(huì)沖擊電網(wǎng)，確保啟動(dòng)操作更加平穩(wěn)和可靠，縮短了設(shè)備的維護(hù)、檢修時(shí)間，維修工作量顯著減少，并促進(jìn)了設(shè)備使用壽命延長(zhǎng)。

表1 煤礦運(yùn)輸機(jī)中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用特征

運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)后，設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程中，可以獲得最佳化的重載平穩(wěn)啟動(dòng)作用，同時(shí)，此技術(shù)也讓設(shè)備的速度調(diào)整功能更健全，根據(jù)運(yùn)輸機(jī)栽種重量，借助技術(shù)的智能化功能調(diào)節(jié)運(yùn)行速度，此種調(diào)節(jié)不涉及負(fù)荷大小的劃分，啟動(dòng)平穩(wěn)。就整個(gè)煤礦輸送系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，平穩(wěn)啟動(dòng)對(duì)電機(jī)、運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行了整合，在電機(jī)的作用下實(shí)現(xiàn)慢速啟動(dòng)。對(duì)于此過(guò)程而言，能夠?qū)⑵?nèi)部能量釋放出來(lái)，最終使運(yùn)輸機(jī)形成的張力得到化解，以免損壞皮帶。據(jù)相關(guān)研究可知，運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)后，可降低運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)故障的概率，延長(zhǎng)相關(guān)設(shè)備的使用壽命。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到煤礦運(yùn)輸機(jī)中，能夠改善傳統(tǒng)煤礦運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)，促使啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的張力以及動(dòng)態(tài)阻力減少，確保煤礦運(yùn)輸機(jī)工作狀態(tài)穩(wěn)定，并且還涉及其他優(yōu)點(diǎn)，如性能強(qiáng)、體積小等，同時(shí)，還能節(jié)省能耗，促進(jìn)工作效率提升。所以，需重視對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的運(yùn)用，以此使系統(tǒng)損耗率有效減少，促進(jìn)煤礦生產(chǎn)效率顯著提升。