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

李忠仁

（四川省煤炭設(shè)計(jì)研究院 四川成都 610091）

摘要：伴隨著我國(guó)煤礦行業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備得到廣泛的應(yīng)用，特別是變頻控制技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義，其中，變頻控制技術(shù)的工作原理主要是通過復(fù)雜的步驟，從而實(shí)現(xiàn)一種頻率電源向另一種頻率電源的轉(zhuǎn)換。然而，我國(guó)的煤礦地基非常大，且變頻器的數(shù)量一直處于不斷增加的狀態(tài)，從而推動(dòng)變頻控制技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。伴隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)變頻器的進(jìn)一步發(fā)展，其作為重要的煤礦機(jī)電設(shè)備得到十分廣泛的應(yīng)用。本文主要針對(duì)于煤礦機(jī)電設(shè)備中的變頻控制技術(shù)展開分析。

關(guān)鍵詞：變頻控制技術(shù)；煤礦機(jī)電設(shè)備；應(yīng)用

引言

近年來，隨著變頻技術(shù)的不斷成熟與完善，其在電力行業(yè)、機(jī)械行業(yè)以及其它各個(gè)行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了很好的成績(jī)。也正是因?yàn)槿绱耍冾l技術(shù)將廣泛地應(yīng)用在社會(huì)的各行各業(yè)中。在煤炭領(lǐng)域中，變頻技術(shù)的應(yīng)用范圍也是比較廣的，并充分發(fā)揮了其應(yīng)有的價(jià)值，特別是存在露天礦井中以及在生產(chǎn)系統(tǒng)的電能設(shè)備中。因?yàn)樽冾l技術(shù)的出現(xiàn)解決了很多實(shí)際問題，大大提高了煤炭行業(yè)的生產(chǎn)效率。鑒于此，進(jìn)行有關(guān)煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻技術(shù)應(yīng)用的研究是具有實(shí)際價(jià)值的，下文將具體分析和研究變頻技術(shù)的應(yīng)用情況。

1變頻控制技術(shù)

在進(jìn)行煤炭開采的過程中，大部分開采機(jī)械并不是在滿負(fù)荷情況下運(yùn)行的，所以減少機(jī)械耗電量的同時(shí)，不能降低機(jī)械的工作效率，所以這時(shí)將變頻技術(shù)引入到煤礦企業(yè)的機(jī)電工程中就可實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的要求，降低開采成本。所謂變頻技術(shù)并不是指一種單一的技術(shù)，而是多種技術(shù)的綜合，主要包括以下幾種，分別是數(shù)控技術(shù)、電力電子技術(shù)及電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)等。機(jī)電工程中的變頻技術(shù)工作原理主要指的是在機(jī)械中安插一些半導(dǎo)體的構(gòu)件，利用工頻電流信號(hào)將統(tǒng)一頻率轉(zhuǎn)化為不同的頻率。綜上所述，通過變頻技術(shù)可使電機(jī)在不影響工作效率的情況下，節(jié)約能源。

2變頻技術(shù)的發(fā)展原理

隨著科技的進(jìn)步，電力電子技術(shù)和控制理論也隨之飛速發(fā)展，變頻技術(shù)的相關(guān)知識(shí)也逐漸進(jìn)入到了各個(gè)行業(yè)中，其應(yīng)用范圍也越來越廣泛。從功率器件方面出發(fā)，隨著 GTR、IGBT 的出現(xiàn)，該技術(shù)逐漸成為了智能功率模塊（IPM）非常重要的部分；控制理論方面，在壓頻比（U/f）這種控制方式上獲得了非常大改善，并且矢量控制和轉(zhuǎn)矩直接控制方式也同時(shí)成為了實(shí)際變頻器中的重要技術(shù)，而新技術(shù)更是將模塊自動(dòng)化控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制方法作為了重點(diǎn)的研發(fā)方向；并且隨著調(diào)速系統(tǒng)的集成度越來越高，單片機(jī)的出現(xiàn)成功引導(dǎo)了該技術(shù)逐漸成熟，并成功做出了數(shù)字信號(hào)處理器（ DPS），之后又成功產(chǎn)生了精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RISC），最后高級(jí)專用集成電路（ASIC）也出現(xiàn)在行業(yè)中；從功能這個(gè)角度出發(fā)，我們可以看到變頻器的綜合化性能也隨著技術(shù)的發(fā)展越來越高，不僅能夠完成調(diào)速功能，同時(shí)也能夠完成內(nèi)置的可變程序、參數(shù)辨識(shí)等各項(xiàng)功能。

電力電子技術(shù)、電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)等方面的綜合型應(yīng)用屬于交流變頻調(diào)速技術(shù)，該技術(shù)是一項(xiàng)能夠充分融合機(jī)電與強(qiáng)弱電混合的綜合性技術(shù)。該技術(shù)實(shí)質(zhì)主要是通過將電力半導(dǎo)體器件切斷、結(jié)合來改變工頻電源進(jìn)而有效形成不同頻率的電能控制裝置，而該技術(shù)的主要工作原理是將工頻交流電壓通過有效的方式轉(zhuǎn)變成直流電壓，再結(jié)合逆變器的頻率及電壓進(jìn)行調(diào)整，使得這種可以改變的交流電壓能夠成為交流電機(jī)的主要驅(qū)動(dòng)來源，進(jìn)而使電動(dòng)機(jī)能夠獲得不同電壓及電流，這是一種低廉且低耗的調(diào)速方式。變頻調(diào)速技術(shù)能夠通過改變電機(jī)負(fù)載來改變自動(dòng)、平滑的增加或減少速度，使生產(chǎn)效率能夠得到快速提高，為此，該技術(shù)在能源形勢(shì)日漸嚴(yán)峻的今天，獲得了廣泛的關(guān)注，并得到了不斷發(fā)展。

3 變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

3.1在提升機(jī)中的應(yīng)用

在煤炭開采的工作中，需要頻繁地使用提升機(jī)來到達(dá)各工作地點(diǎn)，并且需要使用提升機(jī)來完成對(duì)開采工具、材料以及煤炭材料的運(yùn)輸，因此，提升機(jī)對(duì)于每一個(gè)煤炭企業(yè)來說都是必不可少的設(shè)備之一。一般來說，提升機(jī)具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：提升機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況比較復(fù)雜；提升機(jī)的啟動(dòng)以及停止行為比較頻繁。提升機(jī)在工作時(shí)，主要是利用安裝在機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的金屬電阻來完成對(duì)提升機(jī)的調(diào)速，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速主要取決于該金屬電阻的阻值大小，因此，提升機(jī)在工作時(shí)就會(huì)消耗大量的電能。這種傳統(tǒng)的調(diào)速方法過于依賴額外動(dòng)力來制動(dòng)電源從而完成提升機(jī)的工作，安全性能較差。為了提高提升機(jī)在運(yùn)行中的安全性并降低工作時(shí)對(duì)于電能的消耗，相關(guān)技術(shù)人員可以將變頻技術(shù)應(yīng)用到煤礦提升設(shè)備中，從而最終實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的優(yōu)化。

3.2采煤機(jī)中的應(yīng)用

采煤設(shè)備構(gòu)成較為繁瑣，很多作業(yè)環(huán)境惡劣的地區(qū)利用采煤機(jī)對(duì)整個(gè)作業(yè)的效率提升有極大的作用。采煤設(shè)備作為煤礦開采的主要機(jī)器，如果出現(xiàn)問題則對(duì)全礦生產(chǎn)有很大的影響。如今采煤設(shè)備經(jīng)過革新與優(yōu)化，其性能愈加完善，但是其出現(xiàn)的問題也愈加復(fù)雜，在很大程度上提高了維護(hù)修理工作的的難度。采煤機(jī)中運(yùn)用變頻技術(shù)使得采煤設(shè)備的變頻調(diào)動(dòng)速度體系得到了優(yōu)化，從“一拖二”向“一拖一”發(fā)展，部分變頻設(shè)備（如能量回饋型四象限變頻器等）快速發(fā)展，由此提高了工作效率。提升了工作效果，延長(zhǎng)了機(jī)器的使用期限，降低損耗，使得操作系統(tǒng)簡(jiǎn)單便于運(yùn)用。

3.3在帶式輸送機(jī)中的具體應(yīng)用

帶式輸送機(jī)是井下主要的煤炭運(yùn)輸設(shè)備，是通過驅(qū)動(dòng)輪與膠帶之間的摩擦來轉(zhuǎn)動(dòng)的，當(dāng)帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)，需要電機(jī)提供很大的扭矩以便帶動(dòng)膠帶運(yùn)轉(zhuǎn)，將造成電路中的電壓瞬間增大，膠帶易老化斷裂，而耦合器產(chǎn)生很多的熱量，也會(huì)造成機(jī)器設(shè)備的老化與損壞，最終導(dǎo)致帶式輸送機(jī)的性能下降。將變頻技術(shù)應(yīng)用到帶式輸送機(jī)中，在開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)更加穩(wěn)定，對(duì)電能的使用也會(huì)更加高效，實(shí)踐顯示應(yīng)用變頻技術(shù)的帶式輸送機(jī)會(huì)使得電能的使用效率大大提高。

3.4變頻技術(shù)在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

在煤炭開采過程中，需保證井下的通風(fēng)需求。由于工業(yè)技術(shù)水平限制，礦井內(nèi)通風(fēng)的設(shè)計(jì)方案也比較多，現(xiàn)階段主要是通過調(diào)整煤礦風(fēng)機(jī)的位置來保證礦井內(nèi)通風(fēng)狀況，在位置移動(dòng)過程中，不可避免就會(huì)給煤礦風(fēng)機(jī)造成不必要的磨損，同時(shí)，不同位置需要煤礦風(fēng)機(jī)的頻率也不相同，頻繁更換位置及頻率會(huì)影響煤礦風(fēng)機(jī)使用效率。如果在使用煤礦風(fēng)機(jī)的過程中加入變頻技術(shù)，就可使通風(fēng)問題在開采過程中得到很好的解決，變頻在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用主要是使風(fēng)機(jī)能在高效區(qū)運(yùn)行，提高幾個(gè)百分點(diǎn)就會(huì)節(jié)約很多電能。使風(fēng)機(jī)在高效區(qū)運(yùn)行主要是通過調(diào)節(jié)角度和運(yùn)用變頻技術(shù)，這樣能夠有效的減少一些不必要的資源的浪費(fèi)，同時(shí)保證了煤炭開采順利進(jìn)行。endprint

3.5變頻技術(shù)在煤礦空氣壓縮機(jī)中的應(yīng)用

經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，井下風(fēng)動(dòng)工具在使用過程中需用到空氣壓縮機(jī)和交流電機(jī)，長(zhǎng)時(shí)間處于工作狀態(tài)?，F(xiàn)階段，空氣壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)設(shè)置上限和下限，如果交流電機(jī)在工作過程中超過了空氣壓縮機(jī)所規(guī)定的上限，那么空氣壓縮機(jī)就會(huì)自動(dòng)將進(jìn)氣閥門關(guān)閉。此時(shí)，空氣壓縮機(jī)不產(chǎn)生壓縮氣體，所以電動(dòng)機(jī)處于空載狀態(tài)，一定程度上造成了資源浪費(fèi)。反之，如果達(dá)到了設(shè)定的下限值，那么空氣壓縮機(jī)就會(huì)打開進(jìn)氣閥，產(chǎn)生壓縮氣體，使電動(dòng)機(jī)處于重載狀態(tài)。在實(shí)際使用過程中，由于很難對(duì)空氣需求量進(jìn)行評(píng)估，所以使得空氣的需求量與生產(chǎn)量不能對(duì)等，會(huì)造成供應(yīng)不及時(shí)或資源的浪費(fèi)，同時(shí)還會(huì)由于經(jīng)常更換空氣壓縮機(jī)的頻率使得空氣壓縮機(jī)毀損。如果在空氣壓縮機(jī)使用過程中加入變頻技術(shù)，那么，可有效控制空氣的產(chǎn)生量，同時(shí)可防止由于經(jīng)常更換頻率造成的對(duì)空氣壓縮機(jī)的損壞；同時(shí)，加入變頻設(shè)備以后，空氣壓縮機(jī)便于操作，準(zhǔn)確性也有所提高，同時(shí)也比較好維護(hù)，在使用過程中不需人為對(duì)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行頻繁改動(dòng)，針對(duì)不同的開采條件可預(yù)先設(shè)置使用頻率。變頻技術(shù)的加入能從根本上解決傳統(tǒng)空氣壓縮機(jī)加載和卸載供氣的控制方式，通過調(diào)整電機(jī)用氣量進(jìn)對(duì)轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，保證空氣壓縮機(jī)能順利進(jìn)行，減少啟動(dòng)次數(shù)及資源的浪費(fèi)。

4變頻技術(shù)在中國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用展望

當(dāng)今，變頻控制技術(shù)還在不斷成熟的過程中，因此在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用也會(huì)不斷更新和進(jìn)步，在中國(guó)這一技術(shù)還沒完全在煤炭開采行業(yè)得到普及，因此，變頻控制技術(shù)在中國(guó)煤礦機(jī)電設(shè)備中的發(fā)展還具有較大潛力和空間，對(duì)其有以下幾方面的展望：a）需求量非常大。由于中國(guó)煤炭業(yè)相對(duì)比較發(fā)達(dá)，有眾多煤炭開采公司，所以要進(jìn)行技術(shù)變革就需要大量變頻器，廣闊的市場(chǎng)在很大程度上促進(jìn)了變頻控制技術(shù)發(fā)展；b）增強(qiáng)適應(yīng)性，擴(kuò)大適用范圍。如果變頻器能生產(chǎn)出各種型號(hào)的產(chǎn)品，就能實(shí)現(xiàn)與煤礦開采過程中所需各種機(jī)電設(shè)備的匹配，那么它的推廣空間就會(huì)更加廣闊；c）重視網(wǎng)絡(luò)化和多功能化的更新。在電子技術(shù)迅猛發(fā)展的大環(huán)境下，也推進(jìn)了變頻器的控制及使用朝著多功能的方向發(fā)展，而目前隨著對(duì)變頻器的大力推廣使得其成為了煤礦網(wǎng)絡(luò)化管理中的關(guān)鍵模塊。

結(jié)語：變頻技術(shù)在煤炭領(lǐng)域的應(yīng)用越發(fā)廣泛，具有非常大的潛力。在提倡節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)在，煤炭行業(yè)要實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展，獲得長(zhǎng)足進(jìn)步，就必須靈活應(yīng)用變頻技術(shù)，提高機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用效率，為企業(yè)與社會(huì)提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，提高中國(guó)整體的效益水平。

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