礦山機(jī)電設(shè)備中變頻控制技術(shù)的應(yīng)用探究

（山西神州煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西 033000）

前言

如今，安全性能高的變頻調(diào)控技術(shù)已經(jīng)逐漸被廣泛應(yīng)用在礦山開(kāi)采工作中，此類技術(shù)可結(jié)合礦山井下作業(yè)機(jī)電設(shè)備與電流強(qiáng)弱，形成在礦山機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中的一種綜合技術(shù)。眾所周知，礦山機(jī)電設(shè)備此類大型開(kāi)采設(shè)備在運(yùn)作中耗電量非常大，例如通風(fēng)機(jī)、提升機(jī)等設(shè)備，合理運(yùn)用變頻控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)良好節(jié)能功效。降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

1.概括變頻技術(shù)及其工作原理

變頻控制技術(shù)是多種微機(jī)處理技術(shù)配合電力電子技術(shù)、電氣傳動(dòng)技術(shù)等組成的綜合應(yīng)用技術(shù)，其主要工作原理為電壓的轉(zhuǎn)換以及調(diào)速，通過(guò)電子的傳動(dòng)技術(shù)與危機(jī)處理技術(shù)相互結(jié)合，完成設(shè)備所需電能強(qiáng)弱的混合處理。在礦山機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中，利用電力半導(dǎo)體的通斷功能完成工頻電源與其他頻率電能的相互轉(zhuǎn)換功能。除此之外，變頻控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)交流電壓與直流電壓的交互功能，該技術(shù)通過(guò)將礦山設(shè)備中的交流電壓整理轉(zhuǎn)化成普通電壓，且為了在調(diào)速方式上降低損耗，將交流電壓作為驅(qū)動(dòng)電能使用，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)電設(shè)備整體性能的提高。該設(shè)備的具體應(yīng)用原理如圖1所示。

圖1

2.探討礦山機(jī)電設(shè)備中變頻控制技術(shù)的應(yīng)用

(1)變頻控制技術(shù)在提升裝置中的應(yīng)用探究

提升機(jī)是礦井下開(kāi)采作業(yè)中非常重要的裝置，其設(shè)備主要功能是輸送各類物質(zhì)材料，提升機(jī)的原理，在當(dāng)前發(fā)展中，常見(jiàn)調(diào)速原理是將電路中接入金屬電阻，通過(guò)鼓型控制器的作用切除電阻，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)速效果[1]。此原理雖能實(shí)現(xiàn)提升機(jī)調(diào)速功能，但在調(diào)速過(guò)程中所產(chǎn)生的各種動(dòng)力制定電流與低頻電流，對(duì)提升機(jī)的整體運(yùn)作上也會(huì)產(chǎn)生不利效果。因此，要降低提升機(jī)運(yùn)作中各種能效損耗，又能夠保證調(diào)速不受影響，需運(yùn)用變頻控制技術(shù)，運(yùn)用此技術(shù)的具體方法為在電控系統(tǒng)中編制相應(yīng)程序設(shè)計(jì)，建設(shè)與繼電器的邏輯，完成梯形圖、控制電路圖的相互轉(zhuǎn)換[2]。此方法可有效的減少外部線路執(zhí)行繼電器，避免故障發(fā)生。另一方面，影響提升機(jī)工作效率的主要原因是此類設(shè)備當(dāng)前處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化此狀態(tài)的主要方式為修改提升機(jī)內(nèi)相關(guān)程序，增加制動(dòng)力矩?？墒固嵘O(shè)備的機(jī)器磨損程度降低，且減少機(jī)械時(shí)效故障，提高提升機(jī)的工作效能與使用壽命。

(2)變頻控制技術(shù)在運(yùn)膠帶機(jī)中的應(yīng)用探究

礦山設(shè)備中額定功率最大的設(shè)備為運(yùn)膠帶機(jī)，此類設(shè)備的最大特點(diǎn)為高電能，其主要工作機(jī)理為，運(yùn)用驅(qū)動(dòng)輪轂，使具有特殊張力變形及較大摩擦力的皮帶運(yùn)動(dòng)在滾軸上，目前常用的運(yùn)膠帶機(jī)運(yùn)用空載啟動(dòng)的運(yùn)行模式，通過(guò)將電阻傳接在轉(zhuǎn)子上，目的是為了增加運(yùn)膠帶機(jī)的傳輸效率[3]。但是在實(shí)際操作過(guò)程中，皮帶機(jī)啟動(dòng)的一瞬間，會(huì)產(chǎn)生極大的電流及沖擊力，導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部持續(xù)發(fā)熱的情況。另一方面，由于該機(jī)器的啟動(dòng)時(shí)間較短，可降低皮帶的使用壽命或出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。以上問(wèn)題可造成的直接后果為皮帶的維修次數(shù)增多，一定程度上加大了維修成本。因此，在運(yùn)膠帶機(jī)的工作中運(yùn)用變頻控制技術(shù)，首先，在一定程度上可以解決目前液力耦合器啟動(dòng)時(shí)的技術(shù)難題，使該設(shè)備達(dá)到軟起軟停，增加皮帶使用壽命，增加其設(shè)備穩(wěn)定性[4]。其次，在該設(shè)備實(shí)際工作中，變頻控制技術(shù)可參考實(shí)際負(fù)重情況，準(zhǔn)確調(diào)整該設(shè)備運(yùn)行頻率及輸出力矩。使該設(shè)備的電機(jī)在工作中保證恒頻恒速。如此可對(duì)運(yùn)膠帶機(jī)的傳輸速度起到很大助推作用，且更加符合當(dāng)今社會(huì)節(jié)能減排的發(fā)展觀。

(3)變頻控制技術(shù)在通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用探究

通風(fēng)機(jī)在礦山開(kāi)采生產(chǎn)過(guò)程中的主要作用是將礦井下的有害氣體排出并導(dǎo)入新鮮空氣，保證井下空氣環(huán)境良性循環(huán)。由于井下的空氣環(huán)境直接影響著礦井下工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，故在工作中隨著礦井深度不斷增加，通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間以及運(yùn)行功率也會(huì)隨之加大，為保證井下“呼吸系統(tǒng)”的良性循環(huán)，通風(fēng)機(jī)不斷加大的運(yùn)行功率成為在礦井作業(yè)中目前急需解決的問(wèn)題。為解決此問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)人員將變頻控制技術(shù)與當(dāng)前通風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式進(jìn)行資源與技術(shù)整合，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)機(jī)在工作中根據(jù)礦井深度改變所需要的實(shí)際風(fēng)量大小，該設(shè)備的工作功率自動(dòng)調(diào)節(jié)功能[5]。與此同時(shí)，通風(fēng)機(jī)在工作中運(yùn)用變頻控制技術(shù)，可成功實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的變頻軟啟動(dòng)功能，如此可有效減小啟動(dòng)時(shí)電流對(duì)電網(wǎng)設(shè)備及礦井設(shè)備的沖擊，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井機(jī)電設(shè)備與配電設(shè)備的良好保護(hù)作用。

(4)變頻控制技術(shù)在渣漿泵中的應(yīng)用探究

渣漿泵作為我國(guó)礦工業(yè)領(lǐng)域中最廣泛使用的設(shè)備之一，主要的原理是依靠離心驅(qū)動(dòng)力達(dá)到將電能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)的動(dòng)能與勢(shì)能。該設(shè)備的主要特點(diǎn)為機(jī)械功率等級(jí)十分復(fù)雜且功率較大，在礦井下作業(yè)時(shí)，渣漿泵需要不斷運(yùn)行，故需要消耗非常大的功率[6]。將變頻控制技術(shù)引入到渣漿泵中，可為礦山開(kāi)采行業(yè)產(chǎn)生顯著效益，首先在礦井作業(yè)中可以對(duì)渣漿泵的加速模式進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)智能程序控制，提高運(yùn)行中安全性，實(shí)現(xiàn)設(shè)備平穩(wěn)平速運(yùn)行，有效延長(zhǎng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，減小機(jī)械損耗。

(5)變頻控制技術(shù)在井下絞車(chē)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用探究

如在井下作業(yè)中的電控系統(tǒng)以及保護(hù)系統(tǒng)中引進(jìn)變頻調(diào)速技術(shù)，需要660V的輸入電源，50Hz的頻率，且輸出功率可調(diào)節(jié)在0-50MW之間，保證負(fù)15%至正10%的電壓變動(dòng)范圍。對(duì)四象限運(yùn)行中的負(fù)120%至正120%的額定負(fù)載，負(fù)載能力要強(qiáng)。在此系統(tǒng)中引入變頻控制技術(shù)后，首先可節(jié)省大量電能，實(shí)現(xiàn)發(fā)點(diǎn)回饋制動(dòng)，智能程序可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電，在出現(xiàn)過(guò)載、超速等故障時(shí)，可大幅度避免職工傷亡事故的發(fā)生[7]。其次可通過(guò)此技術(shù)在電控系統(tǒng)中安裝故障自斷系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)故障發(fā)生時(shí)，可將故障名稱類型顯示在司機(jī)操作臺(tái)上，節(jié)省了故障排查時(shí)間及維修時(shí)間，提高設(shè)備運(yùn)行效率。最后，要想實(shí)現(xiàn)絞車(chē)的軟件硬件雙重保護(hù)，可在深度指示器上安裝與之相匹配的傳感器，例如：上、下到位傳感器，過(guò)放傳感器、過(guò)卷傳感器等。并在程序內(nèi)設(shè)定相應(yīng)數(shù)值，一旦故障發(fā)生可第一時(shí)間發(fā)出信號(hào)。

(6)變頻控制技術(shù)在排水泵中的應(yīng)用探究

排水泵的主要功能主要是排出在礦井開(kāi)采中所產(chǎn)生的地下水，在礦井開(kāi)采作業(yè)進(jìn)行中，不同地區(qū)的以及不用深度的降水量也不盡相同，故而排水泵的排水標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)該根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境調(diào)整涌水量。在排水泵中運(yùn)用變頻控制技術(shù)，可以具體測(cè)定和分析實(shí)際涌水量與設(shè)定涌水量數(shù)量，并在排水泵中安裝變頻器，一方面可有效調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，另一方面可控制排水泵的實(shí)際運(yùn)行情況，該設(shè)計(jì)方式可使排水泵提高運(yùn)行效率，同時(shí)可在一定程度上減少資源浪費(fèi)。

3.礦山機(jī)電設(shè)備中變頻控制技術(shù)使用的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展中，變頻控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用價(jià)值有目共睹。該技術(shù)有效推動(dòng)了礦業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，在眾多傳統(tǒng)煤礦機(jī)電設(shè)備中，都起到了有效的調(diào)節(jié)作用，增加了礦業(yè)作業(yè)中安全性，提高設(shè)備工作效率。隨著該設(shè)備的廣泛應(yīng)用，人們已經(jīng)逐漸意識(shí)到在煤礦開(kāi)采行業(yè)中，變頻控制技術(shù)必不可少，且正逐漸被開(kāi)發(fā)與完善，加之與數(shù)控技術(shù)相融合，對(duì)未來(lái)礦山機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定性與生產(chǎn)效率提升具有非常大的促進(jìn)作用。

4.結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)對(duì)礦業(yè)的開(kāi)采產(chǎn)量需求也在不斷增高，所以我國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)也應(yīng)不斷的優(yōu)化與創(chuàng)新變頻控制技術(shù)，將此技術(shù)廣泛應(yīng)用在大型機(jī)電設(shè)備領(lǐng)域中，在礦山開(kāi)采領(lǐng)域中，結(jié)合不同設(shè)備的原理及使用說(shuō)明，實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)電設(shè)備的速度調(diào)試、效率提升等功能，最終最大限度實(shí)現(xiàn)技能降耗的目的，使礦山機(jī)電設(shè)備的安全性能得到有效保障，滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展需求。