變頻控制技術在煤礦機電設備中的應用分析

摘要：隨著我國經濟與科技的快速發展，各行各業的發展均得到了顯著提升，作為煤礦行業亦是如此。煤礦行業屬于高污染、高耗能的行業，耗能過高的問題一直備受困擾，不但會增加煤礦企業的生產成本，也不利于提升經濟效益。隨著變頻控制技術在煤礦行業中的廣泛應用，不但降低了能源消耗，延長了電機的使用壽命，還提高了社會效益和經濟效益?；诖耍疚氖紫忍接懨旱V機電變頻控制技術的原理、優勢及發展，然后分析煤礦機電設備運行過程中存在的問題，最后闡述變頻控制技術在煤礦行業的實際應用，從而實現煤礦機電節能的目的，促進煤礦企業的穩步發展。

關鍵詞：煤礦；機電設備；變頻控制

DOI：10.12433/zgkjtz.20232537

我國作為煤礦生產大國，煤礦企業對經濟發展的影響不容小覷。煤礦企業作為高耗能、高污染的企業，為了響應國家節能減排的號召，獲得更好、更強的競爭優勢，要不斷降低能耗、提升機電設備的運行效率，而變頻控制技術不但可以滿足節能需求，還能進一步提升機電設備的性能，因此受到煤礦企業的青睞。隨著變頻控制技術在煤礦企業的廣泛應用，實現了煤礦技術的不斷創新，提升了設備運行的基本性能和實際作用，降低生產成本的同時，提高了社會效益和經濟效益，促進了煤礦行業的可持續發展。

一、煤礦機電變頻控制技術概述

（一）變頻控制技術的原理

變頻控制技術是社會經濟及科技發展到一定階段的時代產物，是一種結合電子技術、計算機技術優勢而形成的綜合技術。通過利用半導體元器件推動交流電壓轉換為直流電壓，結合逆變器裝置調整頻率及電壓，再將直流電轉換成不同的交流電，促使煤礦機電設備的運行達到更加理想的狀態。變頻器主要由鍵盤、電源板、控制主板、整流橋、電解電容、充電電阻、繼電器、逆變模塊以及保險管組成。鍵盤設計相關參數，調節頻率；電源板為變頻器提供電壓，確保電路的正常運行；控制主板驅動和控制逆變模塊，處理和保護接口信號；整流橋用來轉換電流；電解電容將脈沖直流電轉換為平滑直流電；充電電阻具有限流的作用，更好地保護電路；繼電器用來承受主電流；逆變模塊將平滑直流電轉換成三相交流電；保險管對整流橋和逆變模塊具有很好的保護作用。

變頻技術通常采用“交—直—交”變頻控制技術，在變頻過程中，電路直接控制輸出的電源頻率，將變頻的電源接入煤礦機電設備中，實現對設備運行的交流無極調速，從而更好地控制機電設備的運行狀態，提升設備的自動化及高能效。

（二）變頻控制技術的優勢

總體來說，變頻控制技術的優勢主要包括：

第一，促使煤礦機電設備更加平穩的運行，改善設備性能。對于煤礦行業而言，大功率的用電設備較多，在運行過程中可能有一些諧波進入到電網中，導致機電設備在運行過程中出現異常現象，例如，機電設備發熱、震動劇烈等。而交流電源在經過變頻后，波形變得更加平穩、標準，可以減輕設備在啟停時產生的震動，使機電設備在運行過程中更加平穩，確保機電設備長期保持理想的工作狀態。

第二，增強煤礦生產的環保性。利用變頻控制技術有效降低生產過程中的煙氣排放，減少電能消耗，提升煤礦生產的環保性。

第三，降低煤礦機電設備的運行能耗。節能是變頻控制技術的最大優勢，通過變頻控制技術在設備上的使用，控制設備運行速度，當機電設備負荷較大時，利用變頻控制技術提升電機的轉動速度，而設備負荷較低時可以降低電機的轉送，從而有效節省電能。根據對機電設備的能耗統計，采用變頻控制技術節能30%，降低生產成本，提高經濟效益。

（三）變頻控制技術的現狀及發展

目前，變頻控制技術取得了不小的進步，在各行各業也得到廣泛應用。由于變頻控制技術具有節能效果，因此，越來越多的制造企業重視變頻控制技術在機電設備中的應用，煤礦企業作為高耗能企業，變頻控制技術的使用可以有效降低能耗，提高設備的使用效率，提升經濟效益?，F階段，變頻控制技術已廣泛應用于采煤機、井下提升機、通風機、皮帶運輸機、空氣壓縮機和水泵等機電設備中。實踐表明，經過變頻控制技術改造后的設備使用效率明顯提高，能耗顯著下降，大幅提升了煤礦行業的經濟效益，由此可見，變頻控制技術在未來的發展潛力巨大。

二、煤礦機電設備運行過程中存在的問題

（一）觀念有待提升，缺乏創新

目前，部分煤礦企業對科技創新的觀念認知不足，對機電設備所造成的高能耗、高污染認識不夠全面，因此，在科技創新方面的重視程度不夠，未能優化和完善使用的機電設備，造成機電設備耗電量巨大，產生了不必要的能源浪費。另外，當前煤礦企業的工作重心在生產方面，為了減少開支，人員配備不全，機電管理人員身兼數職，無暇顧及機電設備能耗和使用效率等。因此，變頻控制技術無法得到廣泛應用，導致大量的能源浪費。還有一些企業雖然調整了機電設備的輸出功率，但未能有效降低能源消耗，無法真正做到資源的有效利用。

（二）對機電設備啟停沖擊很大，使設備加速老化

煤礦企業在實際作業過程中使用的提升機、皮帶輸送機等設備往往會經常進行啟停，影響機電設備的正常運行。例如，礦井提升機在停車時可能會造成鋼索斷裂、皮帶斷裂等問題，由此引發安全事故，主要原因是設備長期的突然啟停、電流突變對設備造成的沖擊。

三、變頻控制技術在煤礦機電設備中的實際應用

（一）變頻控制技術在礦井提升機中的實際應用

礦井提升機在煤礦開采過程中具有重要作用，主要用于開采人員或開采過程中所需物料的運輸。傳統的礦井提升機在運行過程中，一般利用電阻控制電機，并結合鼓型制器調節提升機的運行速度，但由于電阻較多，不利于設備散熱，因此，可能會產生安全隱患。而利用變頻控制技術可以達到無極變速的效果，從而提升礦井提升機的穩定性和平滑性，起到保護設備、減少損耗的作用。在具體應用過程中，可將變頻控制技術應用到編程器中，通過特定指令的編寫有效控制繼電器，用變頻器替換傳統礦井提升機的調速裝置，從而控制提升機的運行速度。同時，在一定程度上減少機電設備外部線路及內部繼電器的數量，解決礦井提升機故障多的問題。

（二）變頻控制技術在礦井通風機中的實際應用

礦井通風機是煤礦企業生產作業過程中的常用機電設備，主要用于降低井下有害氣體和有毒氣體的含量，為井下作業人員提供必要的氧氣。現階段，煤礦開采作業深度不斷加深，礦道長度越來越長，為保障煤礦生產的安全水平，要提升礦井通風機的運行功率，以確保礦井的通風效果。就傳統礦井通風機而言，功率一直處于恒定狀態，只能通過調節安裝角度達到調節風量的效果，降低通風機的運行效率。另外，礦井通風機在運行過程中，工況點對于通風阻力有著直接關系，當通風阻力產生變化但通風機風量不變時，使礦井通風機處于低效率的運行狀態，被稱為低效率工況點運行。實踐表明，當礦井通風機處于低效率工況點運行狀態時，會造成總電能一半的消耗。因此，為了確保礦井通風機的運行效果，要將變頻控制技術應用到礦井通風機中。

首先，借助變頻控制計數，依據通風阻力對風量進行自動化調節，以此優化礦井通風機的運行狀態，保持礦井同更急的高效工況點運行狀態。另外，借助變頻控制技術，可以實現礦井通風機的軟啟動，從而減少設備受到瞬間啟動的電流沖擊，保證礦井通風機的正常運行。其次，借助變頻控制計數，保證礦井通風機始終保持平穩的運行狀態，降低設備的維修頻率，實現延長礦井通風機使用壽命的目的，相應地，可以降低礦井通風機的維護和檢修成本，提高煤礦企業的經濟效益。

（三）變頻控制技術在皮帶運輸機中的實際應用

皮帶機是一種運輸設備，主要負責運輸采礦人員及作業過程所需物料，是煤礦企業進行采礦作業的重要設備之一。皮帶運輸機在運行過程中需要不停啟停，進行反復地上下運動，遇到的阻力較大，會造成較大的能源消耗。傳統的皮帶運輸機是以固定功率運行的，但皮帶輸送機在實際運輸過程中的重量是變化的，可能過重或處于空載狀態，會造成一些浪費。另外，由于諧波的存在，也可能使皮帶運輸機打滑，甚至出現斷裂。為了避免上述問題，要將變頻控制技術應用到皮帶運輸機上。借助變頻控制技術，有效控制皮帶運輸機達到平穩啟停的狀態，利用四象限變頻調速系統，對皮帶運輸機進行變頻調速，最大限度上減少設備運行的損耗，改善皮帶性能，解決皮帶運輸機運行過程中發熱嚴重的問題，提高運輸機的安全性能的同時提升工作效率，同時，降低設備的維修成本，延長皮帶運輸機的使用壽命。

（四）變頻控制技術在水泵中的實際應用

水泵在開采作業過程中主要承擔處理井下給排水的任務，是開采作業過程中常用的設備，也是確保企業安全生產的重要設備。水泵在生產過程中需要處理大量的水資源，因此，能量消耗較大。借助變頻控制技術可以達到高效、節能的效果，實現電機轉速的自動調節。通過變頻控制裝置，可以有效控制水泵在啟停過程中生成的浪費，使啟停更加順暢，降低運行能耗的同時，減少水泵各部件在運行過程中產生的磨損情況，從而降低水泵設備的故障率。借助變頻控制技術，實現出水壓力的自動檢測，參考不同的出水量實現不同轉速，一方面，實現井下給排水恒壓出水，避免出水不穩定等異?，F象，提升水泵的使用期限；另一方面，減少不必要的能源浪費，從根本上提升水泵的使用效率。

（五）變頻控制技術在故障檢測中的實際應用

由于開采環境較復雜，在實際煤礦作業過程中，容易發生各種安全事故，不管哪個設備發生故障，都會直接影響整個開采作業過程，造成能源浪費。因此，為了保障開采作業安全、有序的開展，要時時監測各種安全隱患，重視故障檢測工作的開展。

故障檢測主要涉及收集煤礦開采作業時產生的各項數據，通過科學分析數據，發現或提前預防煤礦機電設備運行過程中出現或可能出現的問題，排除設備運行故障，保障煤礦機電設備的安全運行。借助變頻控制技術優化故障檢測技術，可以有效融合系統中已采集的各項數據，包括故障檢測信息、開采經驗等，全方位構建完善、科學的監測方案，制定有效的開采計劃，進而提升開采作業的效率和質量，同時，通過對各項事故的預警，提升井下作業的安全性。通過開采作業的過程優化，全面提升煤礦企業的經濟效益，堅定不移地走綠色發展之路。

四、結語

綜上所述，變頻控制技術在煤礦機電設備中具有舉足輕重的作用，在提升機電設備的節能性、安全性和穩定性方面具有明顯優勢，因此，變頻控制技術具有很高的研究價值。煤礦企業在開采作業過程中使用的礦井提升機、礦井通風機、皮帶運輸機、水泵以及故障檢測技術中大都引入了變頻控制技術，但仍存在一定缺陷，例如，工作人員認知不足、對技術要求較高、造價過高等。這就需要堅定綠色可持續發展的觀念，全面了解變頻控制技術，采取合理的操作方案，改善機電設備的運行狀況，改良操作技術，并結合企業的實際經營狀況，充分發揮變頻控制技術的優勢，優化操作方案，使操作更加簡單，最終實現降低能耗、減少設備損耗、降低生產和制造成本的目的，推動煤礦機電設備的技術升級，擴大變頻控制技術的普及率，從而在根本上推動煤礦企業的健康、穩定和持續發展。

參考文獻：

[1]母慶鑫，鮮耀輝.基于智能化綜采工作面礦用乳化泵變頻控制系統的設計[J].煤礦機械，2023，44（02）：20-22.

[2]石鑫毅.PLC及變頻控制在煤礦立井提升機中的應用研究[J].礦業裝備，2022（06）：64-66.

[3]徐威，呂高元.煤礦機電變頻控制技術與節能方法探討[J].節能與環保，2022（09）：39-40.

[4]楊金華，孫興一，孟利明.轉爐一次除塵鼓風機中壓變頻節能改造控制方案的研究與實踐[J].工業計量，2022，32（05）：37-40.

[5]董勇.變頻控制技術在煤礦機電設備中的應用價值分析[J].中國石油和化工標準與質量，2021，41（01）：178-180.

[6]曹永維.煤礦機電設備存在的問題及變頻控制技術應用[J].內蒙古煤炭經濟，2019（24）：185+189.