礦山機(jī)電設(shè)備變頻控制技術(shù)原理及應(yīng)用研究

白景浩 嚴(yán)聰

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各種高新技術(shù)都取得了極大的進(jìn)步。其中，變頻控制技術(shù)作為一種新型技術(shù)，具有較強(qiáng)的可調(diào)節(jié)性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其是在采礦業(yè)中，其優(yōu)勢(shì)更為凸顯。將變頻控制技術(shù)應(yīng)用于礦山生產(chǎn)中，可以減少對(duì)能源消耗，同時(shí)也為礦井的可持續(xù)發(fā)展奠定發(fā)了基礎(chǔ)。

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

1變頻控制技術(shù)簡(jiǎn)介及其工作原理

一般來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行礦山開(kāi)發(fā)時(shí)不需要使煤礦機(jī)電設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷工作，要注意節(jié)約資源，將變頻控制技術(shù)應(yīng)用在礦山開(kāi)采中可以滿足以上需求，從而避免煤礦機(jī)電設(shè)備產(chǎn)生過(guò)剩力矩。變頻控制技術(shù)包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)，在工作過(guò)程中將機(jī)械設(shè)備和強(qiáng)弱電技術(shù)相結(jié)合就形成了一種綜合性較強(qiáng)的新型技術(shù)。變頻控制技術(shù)的工作原理其實(shí)就是使交流電先通過(guò)半導(dǎo)體，然后變?yōu)槠渌l率，接著再利用相關(guān)設(shè)備將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，最后再利用逆變器實(shí)現(xiàn)對(duì)電流和電壓的調(diào)節(jié)和控制。通過(guò)上述過(guò)程就可以完成機(jī)電設(shè)備的無(wú)極調(diào)速。這種調(diào)速方式可以極大地減少損耗，節(jié)約資源的同時(shí)也減少了工作過(guò)程中對(duì)周?chē)h(huán)境造成的影響。此外，變頻技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用主要是利用了電流頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的同比增長(zhǎng)關(guān)系，因此，變頻調(diào)速技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際的工作量對(duì)速度進(jìn)行改變，在工作負(fù)荷高時(shí)提升工作速度，在工作負(fù)荷較低時(shí)減小工作速度，通過(guò)上述方式，電流頻率對(duì)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速形成控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備的有效控制。變頻技術(shù)中的電路有四個(gè)部分： 整流、直流、控制、逆變，這幾個(gè)部分相互作用、相輔相成，一起完成對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備的控制。變頻技術(shù)可以保證機(jī)電設(shè)備的有效運(yùn)行，控制設(shè)備運(yùn)行的速度，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率，節(jié)約能源，在礦山開(kāi)采行業(yè)具有極大的應(yīng)用前景。近年來(lái)，研究人員還研究出了模糊自動(dòng)化控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，在這些新型技術(shù)下，變頻控制調(diào)控系統(tǒng)集成化的程度也有了顯著的提高，一些新的控制系統(tǒng)例如高級(jí)專用集成電路也逐漸被應(yīng)用到礦山開(kāi)采中。隨著變頻器的不斷發(fā)展和優(yōu)化，一些新的新的功能也在原本的調(diào)速功能上發(fā)展起來(lái)。例如編程、通信等等，這為變頻控制技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的進(jìn)一步應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2礦山機(jī)電設(shè)備變頻控制技術(shù)的應(yīng)用

2.1在采煤機(jī)中的具體應(yīng)用

控制采煤機(jī)操作。在采煤機(jī)的操作過(guò)程中，停電和送電都會(huì)用到動(dòng)力電纜控制芯線，通過(guò)遠(yuǎn)控使采煤機(jī)的控制通路與組合開(kāi)關(guān)動(dòng)力回路相接。送電后，通過(guò)采煤機(jī)遙控器順序啟動(dòng)油泵電機(jī)、截割電機(jī)、牽引電機(jī)，牽引過(guò)程中，牽引變壓器輸出575V交流電，并輸送至交流變頻調(diào)速電控系統(tǒng)。轉(zhuǎn)變成800Vdc。800Vdc 供給兩個(gè)逆變器模塊。逆變器模塊給電機(jī)提供頻率變化的電源。根據(jù)司機(jī)所選的牽引速度不同，逆變器的輸出頻率可以在0 到120Hz 間變化。牽引速度隨逆變器模塊輸出到電機(jī)的頻率變化而變化。

2.2 在膠帶運(yùn)輸機(jī)中的具體應(yīng)用

皮帶機(jī)在啟動(dòng)的過(guò)程中會(huì)伴隨較大電流的產(chǎn)生，無(wú)疑會(huì)形成電機(jī)內(nèi)部發(fā)熱發(fā)燙現(xiàn)象甚至造成電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。液力耦合器在工作過(guò)程中，內(nèi)部的油溫容易升高較快，也存在內(nèi)部部件的摩擦加大等現(xiàn)象，這些都在很大程度上增加了維修成本和維護(hù)難度。在膠帶運(yùn)輸機(jī)中使用變頻器，啟動(dòng)電流從零逐漸達(dá)到工作電流，其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的1.5～2 倍，可順利實(shí)現(xiàn)膠帶運(yùn)輸機(jī)的重載啟動(dòng)。其次，通過(guò)調(diào)整電源頻率可實(shí)現(xiàn)額定速度范圍內(nèi)任意速度，保證生產(chǎn)需求。并且在膠帶運(yùn)輸機(jī)中應(yīng)用變頻技術(shù)也可節(jié)約大量電能，皮帶機(jī)較提升機(jī)而言，其功率更大，使用了變頻調(diào)速技術(shù)的皮帶機(jī)，其工作頻率和力矩均可根據(jù)自身承擔(dān)的負(fù)荷狀況來(lái)很好的調(diào)節(jié)和改變，使電機(jī)工頻能夠恒速運(yùn)行，不僅運(yùn)行安全而且高效節(jié)能。

2.3 提升設(shè)備中變頻控制技術(shù)的應(yīng)用

以往的提升機(jī)工作模式就是先在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路內(nèi)接入金屬電阻，然后再用接觸器將電阻切除，從而達(dá)到調(diào)節(jié)提升速度的目的。但是這種工作方式存在很多問(wèn)題，例如電阻耗能量較大，提升機(jī)內(nèi)部散熱性能較差、速度可調(diào)節(jié)范圍較小、調(diào)速精度較低等等。此外，在減速段和下放時(shí)存在動(dòng)力制動(dòng)，這一過(guò)程中來(lái)不及完全消耗電源的能量，這就造成了電能的浪費(fèi)，同時(shí)也加大了對(duì)設(shè)備的損壞，降低了提升設(shè)備的安全性。將變頻技術(shù)應(yīng)用到礦井提升驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)后，可以有效解決上述問(wèn)題，一方面可以使提升機(jī)在較為穩(wěn)定安全的狀態(tài)性進(jìn)行減速、加速，這里的速度調(diào)節(jié)不是傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)節(jié)，而是電氣控制調(diào)節(jié)，這樣一來(lái)就可以大大減少提升機(jī)作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊和摩擦，延長(zhǎng)各種設(shè)備的使用壽命。另一方面，變頻控制技術(shù)還具有回饋制動(dòng)的特點(diǎn)，當(dāng)提升機(jī)處于負(fù)力情況時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生再生能量并將其傳輸?shù)诫娋W(wǎng)，從而節(jié)約電能。除了上面說(shuō)的兩點(diǎn)，變頻控制技術(shù)還能夠編寫(xiě)程序和電控系統(tǒng)中的繼電器的邏輯關(guān)系，降低失誤，此外，變頻控制技術(shù)外部線路控制執(zhí)行繼電器的數(shù)量比較少，可以大大節(jié)約生產(chǎn)成本，提高礦山開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)效益。

3煤礦機(jī)電設(shè)備變頻控制技術(shù)的主要理論和發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段在煤礦開(kāi)采時(shí)期，機(jī)電設(shè)備使用的變頻控制技術(shù)含有這樣幾種，第一種就是電力電子技術(shù)，第二種就是微機(jī)技術(shù)，第三種是電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)。通過(guò)有效地使用這幾種技術(shù)，進(jìn)而建立了我們國(guó)家煤礦機(jī)電設(shè)備中的變頻控制技術(shù)。變頻控制技術(shù)在使用的時(shí)候，能夠有效地聯(lián)系機(jī)電技術(shù)和強(qiáng)電弱點(diǎn)技術(shù)，進(jìn)而產(chǎn)生一種綜合性較高的電子技術(shù)。變頻控制技術(shù)和技術(shù)要點(diǎn)就是充分使用電子半導(dǎo)體的有關(guān)部件有效地把工頻電源變化成其他工作頻率的工作電源，變頻控制技術(shù)的主要理論就是借助合理的梳理來(lái)把工頻交流電壓有效地轉(zhuǎn)化成直流電壓，之后借助有關(guān)的逆變器設(shè)施來(lái)改善之前的頻率以及電壓。如此能夠調(diào)節(jié)的電壓可以成為電動(dòng)機(jī)的實(shí)際驅(qū)動(dòng)電源來(lái)當(dāng)做工作驅(qū)動(dòng)，這樣電動(dòng)機(jī)會(huì)接受無(wú)極調(diào)速電流和電壓。變頻調(diào)速控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)附加損耗的調(diào)速，這種形式屬于如今煤礦機(jī)電設(shè)備的主要調(diào)速形式的一種。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，變頻控制技術(shù)作為一種新型的技術(shù)手段，可以廣泛應(yīng)用于礦山作業(yè)中的機(jī)電設(shè)備、提升設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備等等，不僅可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，還可以提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，保障設(shè)備的安全運(yùn)行，提高煤礦機(jī)電設(shè)備加工和生產(chǎn)的效率，推動(dòng)傳統(tǒng)機(jī)械作業(yè)方式的改變。雖然當(dāng)前變頻控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于煤礦行業(yè)中，但是要想進(jìn)一步提高生產(chǎn)水平，還要加強(qiáng)對(duì)變頻控制技術(shù)的研究，推動(dòng)變頻控制技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的進(jìn)一步使用，才能提高我國(guó)煤礦生產(chǎn)效率。

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