礦山機電設(shè)備變頻控制技術(shù)原理及應(yīng)用研究

胡永遷 牛玉西

摘 要：煤礦生產(chǎn)是一種典型的大能耗生產(chǎn)過程，能耗所帶來的費用一直是煤礦生產(chǎn)成本的重要構(gòu)成部分，因此實現(xiàn)能耗的有效降低對于煤礦生產(chǎn)的持續(xù)開展和效益提升具有意義重大。變頻技術(shù)在煤礦礦區(qū)地面和井下的提升、通風(fēng)、采煤、運輸、選煤等各種礦山設(shè)備控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，具有明顯的節(jié)能效果和優(yōu)越的調(diào)節(jié)性能。本文首先闡述了變頻控制技術(shù)的基本原理，并在此基礎(chǔ)上，對礦山機電設(shè)備變頻控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析與研究。

關(guān)鍵詞：礦山機電設(shè)備;變頻控制技術(shù);工作原理

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，變頻控制技術(shù)的發(fā)展也日新月異。礦山機電設(shè)備變頻控制作為一種綜合性的技術(shù)應(yīng)用手段，能全面提升礦山的開采質(zhì)量和效率，在提高工作效能上具有很大的作用。尤其是現(xiàn)代信息技術(shù)手段，包括自動化控制技術(shù)、大功率輸出技術(shù)的迅速發(fā)展，更好的促進(jìn)了礦山機電設(shè)備變頻控制技術(shù)的發(fā)展。通過了解礦山機電設(shè)備變頻控制技術(shù)的原理，可以全面掌握變頻控制技術(shù)在礦山機電設(shè)備中的應(yīng)用模式，從而更好的服務(wù)礦山的技術(shù)開采。

1 變頻控制技術(shù)工作原理

一般來說，在進(jìn)行礦山開發(fā)時不需要使煤礦機電設(shè)備長時間高負(fù)荷工作，要注意節(jié)約資源，將變頻控制技術(shù)應(yīng)用在礦山開采中可以滿足以上需求，從而避免煤礦機電設(shè)備產(chǎn)生過剩力矩。變頻控制技術(shù)包括計算機技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機傳動技術(shù)，在工作過程中將機械設(shè)備和強弱電技術(shù)相結(jié)合就形成了一種綜合性較強的新型技術(shù)。變頻控制技術(shù)的工作原理其實就是使交流電先通過半導(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現(xiàn)對電流和電壓的調(diào)節(jié)和控制。通過上述過程就可以完成機電設(shè)備的無極調(diào)速。這種調(diào)速方式可以極大地減少損耗，節(jié)約資源的同時也減少了工作過程中對周圍環(huán)境造成的影響。

此外，變頻技術(shù)在礦山機電設(shè)備中的應(yīng)用主要是利用了電流頻率和電機轉(zhuǎn)速之間的同比增長關(guān)系，因此，變頻調(diào)速技術(shù)可以根據(jù)實際的工作量對速度進(jìn)行改變，在工作負(fù)荷高時提升工作速度，在工作負(fù)荷較低時減小工作速度，通過上述方式，電流頻率對電機實際轉(zhuǎn)速形成控制，進(jìn)而實現(xiàn)對礦山機電設(shè)備的有效控制。變頻技術(shù)中的電路有四個部分： 整流、直流、控制、逆流，這幾個部分相互作用、相輔相成，一起完成對礦山機電設(shè)備的控制。變頻技術(shù)可以保證機電設(shè)備的有效運行，控制設(shè)備運行的速度，提高設(shè)備運轉(zhuǎn)效率，節(jié)約能源，在礦山開采行業(yè)具有極大的應(yīng)用前景。

近年來，研究人員還研究出了模糊自動化控制、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)例如高級專用集成電路也逐漸被應(yīng)用到礦山開采中。隨著變頻器的不斷發(fā)展和優(yōu)化，一些新的功能也在原本的調(diào)速功能上發(fā)展起來。例如編程、通信等等，這為變頻控制技術(shù)在礦山機電設(shè)備中的進(jìn)一步應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2 礦山機電設(shè)備變頻控制技術(shù)應(yīng)用要點

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和科技進(jìn)步，各類新技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了各行業(yè)的發(fā)展。在采礦業(yè)中，變頻控制技術(shù)在礦山機電設(shè)備中的應(yīng)用，延長了機電設(shè)備使用壽命，減少了能源消耗，促進(jìn)了礦山開采的進(jìn)步。

2.1 變頻控制技術(shù)在傳送以及升降設(shè)備中的應(yīng)用

在礦山作業(yè)中，機電設(shè)備是必不可少的，而機電設(shè)備中有超過一半的機器都是用來對礦石、原料、工人以及其他設(shè)備等進(jìn)行傳送或者是升降的。所以，傳送以及升降設(shè)備是礦山產(chǎn)業(yè)中必不可少的組成部分。在傳統(tǒng)手段中，對升降機進(jìn)行調(diào)速的控制。主要是利用電動機轉(zhuǎn)子電路中進(jìn)行金屬電阻的嵌入，通過鼓形控制器或接觸器對電阻進(jìn)行切斷，實現(xiàn)調(diào)速的目的。但是在實際應(yīng)用中，電阻消耗的能源大。并且會產(chǎn)生很高的熱量，體現(xiàn)出機電設(shè)備散熱性比較差。再加上對電阻調(diào)速的范圍是有限的，精確度不高，在進(jìn)行升降活動減速運行的時候。容易對設(shè)備造成損毀，且消耗大量的電能，造成浪費。

變頻技術(shù)應(yīng)用在礦山設(shè)備中的升降機電路中，就能夠更加方便快速的實現(xiàn)升降機的變速效果，并且調(diào)速系統(tǒng)中的穩(wěn)定性能也得到了進(jìn)一步的加強利用變頻控制技術(shù)對后臺的程序編譯器進(jìn)行控制，就能夠?qū)﹄娍叵到y(tǒng)中的繼電邏輯的預(yù)編譯進(jìn)行編輯和完成，保證控制電路能夠進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)變。而因為控制電路中的繼電器變少了，發(fā)生故障的概率也降到最低，減少了對設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)工作。且利用更加智能化的人機交互界面，更能夠方便快捷的及時發(fā)現(xiàn)故障，提高了故障處理的效率。利用設(shè)備內(nèi)置的控制程序，能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行升級，不需要更換系統(tǒng)內(nèi)部的各種硬件，真正實現(xiàn)了對設(shè)備的柔性控制。而在電路中裝置一定的反饋電力設(shè)備，更能夠節(jié)約資源，降低能耗。電氣設(shè)備的電子化，與傳統(tǒng)的機械化設(shè)備相比較而言，在一定程度上降低了對設(shè)備的損耗，延長了設(shè)備的使用壽命。

2.2 變頻控制技術(shù)在通風(fēng)設(shè)備中的應(yīng)用

除了提升機和皮帶設(shè)備，變頻控制技術(shù)還可以應(yīng)用在通風(fēng)設(shè)備中。在礦井開采中，通風(fēng)機的主要功能就是使井下的空氣流通，將有害的氣體排出，通風(fēng)換氣，這和礦工的生命息息相關(guān)，所以說通風(fēng)機在整個生產(chǎn)過程中具有極其重要的作用。當(dāng)前，礦井開采的深度不斷加深，這就要求通風(fēng)機具有較大的功率，這種需求對于井下作業(yè)進(jìn)一步的深入具有重要的影響，將變頻技術(shù)應(yīng)用到通風(fēng)機中，可以有效滿足上述需求。在實際的工作當(dāng)中，變頻控制技術(shù)可以根據(jù)實際需求的風(fēng)量來對通風(fēng)機的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免對電能的浪費，保證通風(fēng)機穩(wěn)定運行。

此外，變頻控制技術(shù)應(yīng)用到通風(fēng)設(shè)備中還可以有效降低設(shè)備的啟動電流，減少對礦井設(shè)備的沖擊，對相關(guān)設(shè)備起到保護(hù)作用，延長設(shè)備的使用壽命，同時減少企業(yè)對設(shè)備維護(hù)方面的投入，提高工作效率。

2.3 變頻控制技術(shù)在采掘設(shè)備中的應(yīng)用

礦山的采掘設(shè)備都是大功率的設(shè)備，所以，其變頻調(diào)速的系統(tǒng)中，已經(jīng)從原有的一對多的控制方式，發(fā)展成為現(xiàn)在的一對一的方式，當(dāng)前變頻控制技術(shù)的發(fā)展情況來看，交流變頻調(diào)速的技術(shù)已經(jīng)在礦山采掘設(shè)備中得到了很好的應(yīng)用，尤其是在采煤機中的應(yīng)用，如能量回饋型的四象限運行交流變頻控制技術(shù)，能夠在提前設(shè)置的額定轉(zhuǎn)速的前提下，達(dá)到固定轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的目的，并且能夠?qū)Τ鲱~定轉(zhuǎn)述的功率調(diào)節(jié)和變頻器之間的控制和轉(zhuǎn)矩之間進(jìn)行控制，該項技術(shù)的最大的優(yōu)勢就是能夠?qū)⒅苿恿剡M(jìn)行調(diào)節(jié)，同時，還能夠保證牽引的速度處于穩(wěn)定的狀態(tài)內(nèi)，防止礦山機電設(shè)備出現(xiàn)下滑、跑車的問題簡單的設(shè)備結(jié)構(gòu)和簡單的操作，更能夠讓其與現(xiàn)實中復(fù)雜的環(huán)境相適應(yīng)。

3 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機電設(shè)備變頻技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展。變頻技術(shù)因其卓越的調(diào)節(jié)和控制性能，被廣泛應(yīng)用于我國礦井生產(chǎn)和建設(shè)中的采礦、通風(fēng)、提升、選擇和運輸?shù)雀鞣N礦山機電設(shè)備控制系統(tǒng)當(dāng)中，不僅改善了礦區(qū)的生產(chǎn)環(huán)境，并使煤礦企業(yè)取得了良好的節(jié)能效果。為此，必須全面了解變頻控制技術(shù)的工作原理，只有這樣才能將其更好地運用到各個設(shè)備當(dāng)中，才能更好地發(fā)揮其優(yōu)勢作用，更好地為煤礦事業(yè)服務(wù)。

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