變頻技術在煤礦機電設備中的應用

摘 要：煤礦機電設備是煤礦生產中必不可少的機械設備的集合，其包括各種大型設備以及中小型設備，能夠滿足井下提升、采礦、運輸以及選擇等生產環(huán)節(jié)的客觀要求。本文立足于變頻技術的技術特征，首先介紹了變頻技術在煤礦機電設備生產中的應用現狀，其次對變頻技術在煤礦機電設備中的應用原則進行了探討，并就變頻技術應用于變頻技術的改善策略進行了解析，旨在為有效提升變頻技術的應用效果、改善生產環(huán)境提供參考，為促進行業(yè)的可持續(xù)性與健康發(fā)展奠定堅實的基礎。

關鍵詞：變頻技術;煤礦機電設備;應用策略

中圖分類號：TD60 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）07-0171-02

自動化控制以及變頻控制逐漸成為現代工業(yè)中必不可少的應用要素。變頻控制技術不但可以實現資源能源的節(jié)約，還可以有有效降低污染影響，從而滿足現代生產的各方面要求。煤炭企業(yè)生產的特征決定了其應用變頻技術需要考慮的因素較多，不但設備的種類多、類型復雜，對于電能的消耗要求也各不相同。為了進一步滿足變頻技術在煤礦機電設備中的應用要求，現就變頻技術的技術定義與基本原理分析如下。

1 變頻技術概述

1.1 技術定義

變頻控制技術是一種經過頻率電源復雜轉換為另外一種頻率電源的實現技術。該技術應用過程中主要借助于微機技術以及電子技術，實現了弱電之間的科學轉換。該過程不但可以完成直流電源之間的轉換，實現電壓的調整，同時也能夠借助于整流橋進行電壓轉化，借助于逆變器來滿足頻率調整的客觀要求。在電壓調整過程中，交流電壓作為電機的驅動電源，從而滿足無極調速的電壓、電流要求，這也是現階段最為有效的無附加轉差調速模式。隨著變頻技術的發(fā)展，該技術的優(yōu)勢也逐漸體現出來，不但可以滿足多方面的生產要求，同樣可以節(jié)約大量的電費成本。新時期，隨著變頻技術的應用，在調速、控制理論、整體功能等方面均得到了改善，現階段智能化模塊的應用提升了技術的整體綜合性，也使得人工神經網絡控制理論得以應用于變頻技術，促進了技術的長足發(fā)展。

1.2 技術原理

變頻技術在煤礦機電設備的運行過程中具有重要的應用價值，其主要采取了三相交流電源來作為電源系統(tǒng)，保障機電設備的運行穩(wěn)定性。盡管如此，三相交流電源運行過程中可能會受到外部因素的影響而出現干擾因素，這也使得機電設備的電力半導體應用過程中受到各種影響。所以，為了保障機電設備的運行水平，需要借助于變頻技術進行科學調整與調節(jié)，滿足機電設備的各方面參數。傳統(tǒng)的機電設備運行過程中其交流電的頻率是相對固定的，無法進行調整，所以整個運行過程中效率是固定的，如果是低負載運行條件下，往往會出現大規(guī)模的能量損失。通過變頻技術的應用，能夠對機電設備進行改善，從而滿足變頻設備的應用環(huán)境要求，使得整個機電設備的工作性能得到改善?，F階段，隨著變頻技術的發(fā)展，其應用范圍得到了擴充，從而促進了各行各業(yè)的發(fā)展[1]。

2 變頻技術在煤礦機電設備中的應用現狀

變頻技術在煤礦機電設備中應用廣泛，主要體現在普遍變頻器以及設備改造兩個領域，分別介紹如下。

2.1 普通變頻器應用

作為一個煤礦資源豐富的國家，我國十分重視煤礦行業(yè)的發(fā)展，這也使得煤礦生產的效益得到了穩(wěn)步的提升。變頻技術在煤礦生產中的應用，主要以普通變頻器為主。該模式能夠滿足機電設備的頻率調整要求，在滿足基本生產負荷的基礎上，對功率進行調整，可以避免低負荷條件下高負載生產，從而減輕了電能的要求，同時也可以緩解生產設備的生產壓力，同時滿足經濟效益與設備的使用壽命等多個方面的條件。借助于變頻驅動方案來進行變頻技術的應用，可以改善使用功能，滿足煤礦生產的相關要求。隨著時代的進步與發(fā)展，各種科學技術層出不窮，能夠進一步實現煤礦機電設備的完美匹配，為促進我國煤礦行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。

2.2 設備改造應用

設備改造也是變頻技術應用于煤礦機電設備的重要方式。比如說某企業(yè)選擇順槽膠帶輸送機進行技術升級改造，升級改造前，該設備的驅動力為額定3×160kW，隨著工作量的持續(xù)增加，過去的膠帶機已經達不到生產的要求，在不更換設備的前提下對其進行升級調整，使得使用功能得以延伸。升級改造后，運輸的長度得到了調整，運輸過程中的阻力增加，整體的功率改善明顯?？紤]到皮帶機的使用壽命以及減速器、電機的結構類型，可能會出現工作過程中磨損嚴重問題。經過技術調整與分析，對其進行變頻技術改造。主要的改造原理基于變頻調速箱原理，該技術采用交變、直流、交變無速傳感控制技術，根據相關技術條件來對電機的實際轉速數值進行調試，在滿足提升機輸出功率要求的前提下，實現了自動向網絡供電的目標，不但節(jié)約了大量的電能，而且可以借助于安全回路的啟動按鈕進行隨時調控，提升了設備應用的安全性。

3 變頻技術在煤礦機電設備中的應用原則

3.1 嚴格遵從具體的使用條件

變頻技術在煤礦機電設備中具有廣泛的應用優(yōu)勢，變頻器作為變頻技術的主要實現方式，其具有可操作性強、工作效率高等優(yōu)勢，同時也可以滿足能源節(jié)約的要求。盡管如此，由于煤礦機電設備大多數都屬于大型設備，所以在變頻器的使用過程中，需要切實考慮到變頻控制的必要性，對改造過程中的電容量、加速減速時間以及電壓等關鍵技術參數進行調試與匹配，這樣才能夠滿足具體生產的要求，提升變頻技術的應用效果[2]。

3.2 選擇合適的負載匹配模式

不同類型的機電設備在負載能力與要求上也存在不小的差異。在煤礦機電設備中應用變頻技術，需要綜合考慮到各種不同類型的電動機設備以及變頻器設備，做好設備改造工作。比如說，恒轉矩負載可以選擇轉矩恒定以及時間相對比較穩(wěn)定的變頻設備;風機泵則主要在負載工作過程中應用，該技術具有性價比高、技術穩(wěn)定等特征，同時也能夠適應輸出值精準的設備。另外，對于一些功率恒定且操作要求較高的設備，需要進行單獨匹配設備，才能夠發(fā)揮出變頻技術的整體性能。

3.3 安裝、使用需要符合操作規(guī)范化要求

變頻技術本身屬于提升穩(wěn)定性的技術，所以在應用過程中一定要做好安裝、操作匹配工作，達到相關操作標準與規(guī)范化要求，否則將影響操作的效果。安裝過程中，操作人員切忌將設備置于空氣濕潤或者環(huán)境惡劣的區(qū)域，否則可能會導致變頻設備損壞。另外，振幅較高、頻率變動較大的區(qū)域可能也會對變頻設備的正常使用帶來負面的影響，所以需要對頻率進行合理的控制。一般來說，海拔的高度在1km以下且溫度不低于零下10℃時，變頻設備都可以完成相應的操作要求，但是超出這些數值后，需要進行科學防護，否則將影響變頻技術的合理應用[3]。

4 變頻技術在煤礦機電設備中的應用策略

變頻技術在煤礦機電設備中具有廣闊的應用前景，主要集中于如下幾個方面。

4.1 采煤機中變頻技術的應用

采煤工作具有環(huán)境復雜的特征，在復雜的生產環(huán)境當中，兩象限的變頻調速設備往往達不到預期的生產要求。我國傳統(tǒng)的采煤生產活動中主要面對傳統(tǒng)工藝技術穩(wěn)定性不足等問題，盡管近些年來隨著變頻技術的應用得到了一定程度的改善，但是依然有較大的調整發(fā)展空間。現階段我國的采煤機行走功率為220kW，采用新工藝可以在滿足不改變牽引速率的要求下實現節(jié)能控制。該工藝技術術語四象限交流變頻技術，是一種基于傳統(tǒng)技術并整合多種科學技術后實現自由頻率轉變的技術，能夠顯著改善采煤設備的運行水平，促進技術實現。

4.2 通風機中變頻技術的應用

通風設備在煤礦生產中具有重要的意義，也是直接關系到井下安全的設備。傳統(tǒng)的通風設備在使用過程中容易出現風壓不好控制的問題，通風機的功率出現問題后，設備的壽命也會受到影響。借助于變頻技術的應用，一方面可以延長設備壽命，降低維修的概率，另外一方面則是可以滿足通風運轉的實際要求，達到電力節(jié)約、操作步驟簡化的目標。

4.3 皮帶機中變頻技術的應用

皮帶機屬于煤礦生產中的必備運輸設備，其功能類型與提升機類似。傳統(tǒng)的啟動皮帶機主要借助于轉子串接的模式，其電阻會影響啟動轉矩以及空載，導致啟動電流較大的問題，容易給電網帶來波動沖擊。除此之外，較大的電流也會對機械設備的壽命產生不良影響。經過技術整合后，不但可以避免上述弊端的發(fā)生，同時也可以節(jié)約大量的成本。

4.4 空壓機中變頻技術的應用

傳統(tǒng)空壓機啟動中，多采用直接啟動的方式，或者是用轉子串電阻啟動的方法，這兩種啟動方法存在著一定的缺陷，使空壓機啟動時產生大電流，對機電設備造成了一定的損害，降低了設備的利用率。將變頻技術利用到設備的啟動上，就會減少啟動時對設備的損害，從而延長設備壽命。

4.5 提升機中變頻技術的應用

提升機屬于常用運輸設備，可以用于解決運輸問題。一般來說，傳統(tǒng)的提升設備存在能耗高、電控精準度差等問題，另外還存在容易損壞等問題。上述問題的直接結果就是安全系數較低，使用穩(wěn)定性得不到保障，無法滿足基本使用要求。借助于變頻技術，則可以改善大部分問題，提升技術的應用效果。

4.6 水泵中變頻技術的應用

水泵屬于施工場地機械能、電能轉化設備，能夠滿足井下生產的實際需求。但是，在實際使用過程中，水泵故障的問題頻發(fā)，不但影響正常施工，還給井下生存環(huán)境帶來了壓力和威脅。通過變頻技術的應用，能夠改善設備的使用環(huán)境，提升使用壽命，同樣也可以實現電損最低化，使得電動機、水流設備的運作水平提升，更好地適應控制系統(tǒng)的要求。

5 結語

綜上所述，變頻技術在煤礦機電設備的應用中具有廣泛的應用前景和市場空間。根據技術應用的現狀與基本原則，需要進一步做好規(guī)范化的操作與匹配，提升操作的規(guī)范化、制度化，并逐步調整好采煤機、通風機、皮帶機以及水泵、絞車等設備中的變頻技術應用策略，提升變頻技術的應用價值，為行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展提供新的技術思路，從而促進煤礦行業(yè)的穩(wěn)定高速發(fā)展。

參考文獻

[1] 崔瑾.變頻控制技術在煤礦機電設備中的應用[J].陜西煤炭，

2020，39（3）：187-189.

[2] 趙海鴻.變頻技術在現代煤礦機電工程中的應用實踐[J].中國設備工程，2020（9）：203-204.

[3] 戴晶晶.煤礦機電設備存在的問題及變頻技術的應用[J].能源與節(jié)能，2020（4）：138-139.

收稿日期：2020-03-10

作者簡介：楊登樂（1981—），男，山東濟寧人，本科，中級工程師，研究方向：礦用電氣設備。