煤礦機電設備變頻調控技術的應用

李欣 韋節(jié)明 趙彥伊

摘要：隨著科技的迅速發(fā)展，變頻調控技術被廣泛運用于煤礦機電設備，煤礦機電設備變頻調控技術是一種應用于煤礦機電設備的控制技術，通過變頻器調節(jié)電機的電壓和頻率，實現(xiàn)對電機轉速的精確控制，提高煤礦機電設備的效率和穩(wěn)定性，降低能耗和維護成本，減少對電網(wǎng)的影響，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性?；诖?，本文從煤礦機電設備變頻調控技術的原理入手，介紹變頻調控技術在煤礦機電設備中的應用情況，以供參考。

關鍵詞：煤礦；機電設備；變頻調控；技術

DOI：10.12433/zgkjtz.20231936

變頻調控技術指的是通過調整電機的供電頻率和電壓控制電機轉速和輸出功率的技術，通過變頻器調節(jié)電機的電源，滿足電機轉速和輸出功率的需求。變頻調控技術廣泛應用于各種機電設備，例如，煤礦機電設備等。變頻調控技術是一種先進的控制技術，可以提高煤礦機電設備的效率和穩(wěn)定性，降低能耗和維護成本，還可以減少對電網(wǎng)的影響，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，具有廣泛的應用前景。如何做好變頻調控技術在煤礦機電設備中的應用顯得尤為重要。

一、變頻調控技術的應用原理

變頻調控技術的應用原理綜合運用電子技術、計算機技術、自動化技術以及大功率輸出技術，利用直流電壓和交流電壓之間的互相轉換，促使交流電機在逆變器的作用下實現(xiàn)頻率和電壓的雙向轉換，變頻器通過將交流電源轉換成直流電源，再將直流電源轉換成可調頻率的交流電源，實現(xiàn)對電機的精確控制。變頻調控技術應用原理包括：

（一）電源轉換

變頻器將交流電源轉換成直流電源，通過整流電路將交流電源變成直流電源，再通過濾波電路將直流電源進行濾波，得到平滑的直流電源。

（二）逆變

變頻器將直流電源轉換成可調頻率的交流電源，通過逆變電路將直流電源變成交流電源，再通過PWM調制技術調制交流電源，進而得到可調頻率的交流電源。

（三）控制

變頻器通過控制電壓和頻率控制電機的轉速和輸出功率，通過內部控制器調節(jié)電壓和頻率，從而精準控制電機。

二、變頻調控技術的主要優(yōu)點

第一，節(jié)能降耗。通過變頻調節(jié)電機的轉速，有效降低電機的能耗，減少能源浪費。

第二，提高效率。變頻調控技術可以精確控制電機轉速，提高機電設備的效率和穩(wěn)定性。

第三，減少維護成本。通過變頻調控技術，減少機電設備的損耗和故障，降低維護成本。

第四，降低電網(wǎng)負荷。變頻調控技術可以減少機電設備啟動時對電網(wǎng)的沖擊，降低電網(wǎng)的負荷，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

第五，提高安全性。通過變頻調控技術，精準控制機電設備，避免電機失速等原因引起的安全事故。

三、變頻調控技術在煤礦機電設備中的應用

（一）變頻調控技術在煤礦主通風設備中的應用

1.煤礦主通風設備的構成及重要性

主通風機械設備是煤礦行業(yè)里的主要設備之一，屬于煤礦行業(yè)的中“呼吸系統(tǒng)”，如果“呼吸”出現(xiàn)問題，會導致整個系統(tǒng)癱瘓，影響煤礦作業(yè)的正常進行。主通風機械設備是指用于通風系統(tǒng)中的主要機械設備，包括風機、送風機、排風機等，主要把將空氣從一個地方輸送到另一個地方，實現(xiàn)通風、換氣、降溫、除濕等功能。風機是通風系統(tǒng)中最常用的機械設備之一，主要用于輸送空氣。根據(jù)不同的用途和場合，分為離心風機、軸流風機、混流風機等不同類型。排風機是專門用于排風的機械設備，通常安裝在通風系統(tǒng)的出口處，可以排出室內的污濁空氣排出，使室內空氣清新和舒適。變頻調控技術根據(jù)實際情況控制排氣扇的轉速和排氣量。送風機是專門用于送風的機械設備，通常安裝在通風系統(tǒng)的末端，將空氣從通風系統(tǒng)中輸送到需要通風的區(qū)域，實現(xiàn)空氣的流通和換氣。

2.變頻調控技術對煤礦主通風機械設備的應用情況

第一，主通風機械設備是通風系統(tǒng)中不可或缺的機械設備，可以有效實現(xiàn)空氣的流通和換氣，提高室內空氣的質量和舒適度。變頻調控技術可以精準控制風機的轉速和風量，根據(jù)不同的需求控制風量，減少送風機的能耗，提高送風機的效率及降溫、除濕效果。通過變頻調控技術，減少風機的能耗，提高風機的效率和穩(wěn)定性，減少排氣扇的能耗，提高空氣的換氣效果。通過變頻調節(jié)電機的轉速，有效降低電機的能耗，減少能源浪費。

第二，提高效率。變頻調控技術可以實現(xiàn)對電機轉速的精確控制，提高機電設備的效率和穩(wěn)定性。

第三，減少維護成本。通過變頻調控技術減少機電設備的損耗和故障，降低維護成本，隨時啟動和停止通風機械，擺脫由于啟動或停止對機械的傷害。

第四，降低電網(wǎng)負荷。使用變頻調控技術改造通風機械后，可以減少機電設備啟動時對電網(wǎng)的沖擊，保護電網(wǎng)，降低負荷，提高穩(wěn)定性。這主要是由于變頻控制技術的使用已不再像以前一樣處于滿負荷的狀態(tài)，使用效果較理想。

第五，提高安全性。主通風機械大部分時間都在低速運行，很大程度上降低了主通風機械的作業(yè)頻繁度及電氣的強大沖擊，提高了主通風機械的安全性，促使主通風機械減少了維修的次數(shù)。同時，兩臺旋風機經(jīng)過變頻調控后，在運行過程中使兩臺旋風機的頻率保持一致，保證了機械的轉速一致性，減少了由于轉速而形成的風阻，提高了整體效率。通過變頻調控技術，可以精準控制機電設備，避免電機失速等原因引起的安全事故。

（二）變頻調控技術在煤礦提升機中的應用

1.煤礦提升機的構成及重要性

煤礦提升機是用于煤礦井下運輸煤炭和人員的機械設備，也稱為礦用提升機，是煤礦井下最重要的設備之一，作為外界和井下唯一的通道，因此被稱為礦井中的“咽喉”。保障煤礦企業(yè)的安全穩(wěn)定生產和工作人員的安全是礦井提升機的重要性能。煤礦提升機通常由提升機架、提升機輪、提升機門、提升機井道等組成，具有輸送量大、輸送距離遠、運輸效率高、安全可靠等特點，根據(jù)需求進行升降、前后、左右的運行，適用于各種煤炭輸送場合，廣泛應用于煤炭和人員的運輸。

2.變頻調控技術對煤礦提升機的應用情況

變頻調控技術可以提高提升機的運行效率和安全性，降低能耗和維護成本。變頻調控技術通過改變電機的轉速控制機械運動，可以根據(jù)實際需求調整電機轉速，實現(xiàn)對提升機的運行控制。變頻調控技術在提升機中的應用可以提高提升機的運行效率和安全性，降低能耗和維護成本，控制電機轉速，使提升機運行時保持穩(wěn)定的速度和負載，提高運行效率和安全性。同時減少機械傳動部件的使用，降低維護成本和維護難度。變頻調控技術在提升機中的具體應用如下所示：

第一，節(jié)能降耗。傳統(tǒng)的提升機通常采用固定轉速的電機，無法根據(jù)實際負載情況進行調整，導致能耗較高。而變頻調控技術可以根據(jù)實際負載情況調整電機的轉速，促使提升機保持較高的工作效率，降低能耗和維護成本。

第二，運行平穩(wěn)。傳統(tǒng)的提升機在啟動和停止時容易產生沖擊和振動，危害設備和人員的安全。而變頻調控技術通過平滑調整電機的轉速，使啟動和停止時運行更加平穩(wěn)，減少沖擊和振動，提高安全性。

第三，調速精度高。傳統(tǒng)的提升機無法根據(jù)實際需求精確調速，而變頻調控技術可以實現(xiàn)對電機轉速的精確控制，確保穩(wěn)定速度和負載，提高運行效率和安全性。

第四，維護方便。傳統(tǒng)的提升機需要定期更換機械傳動部件，維護成本較高。而變頻調控技術通過電子控制實現(xiàn)對提升機的運行控制，減少機械傳動部件的使用，降低維護成本和維護難度。

（三）變頻調控技術在煤礦皮帶機中的應用

1.煤礦皮帶機的構成及重要性

煤礦皮帶機是用于煤礦井下和地面運輸煤炭和其他物料的機械設備，也稱為輸送機，是煤礦井下和地面最常用的輸送設備之一。煤礦皮帶機通常由皮帶、驅動裝置、張緊裝置和支撐裝置等組成。煤礦皮帶機具有輸送量大、輸送距離遠、運輸效率高、安全可靠等特點，可以根據(jù)需求進行升降、前后、左右等，適用于各種煤炭和其他物料的輸送場合。

2.變頻調控技術對煤礦皮帶機中的應用情況

皮帶機制工作原理和提升機在很大程度上是一致的，二者最主要的區(qū)別在于皮帶機在井下作業(yè)過程中的功率明顯小于提升機。皮帶機的運行方式為繞線電機經(jīng)轉子繞組降壓啟動后，再經(jīng)液力耦合器對皮帶機進行軟啟動，雖然使用轉子繞組降壓，在啟動過程降低電流對電氣機械內部的傷害，但由于啟動時間短，合力較大，引起皮帶的斷裂和耗損，因此內部溫度升高及大幅度波動現(xiàn)象較嚴重。

變頻調控技術可以提高皮帶機的運行效率和安全性，實現(xiàn)皮帶機的軟啟動及軟停運，使煤礦機電設備的整體運行更加安全、穩(wěn)定。在使用變頻調控技術后，節(jié)省了大量的無功功率，系統(tǒng)的整體輸送比液力耦合器高約11%。同時，還能根據(jù)不同情況調控系統(tǒng)，改變電機機械的運行模式，提高電能的利用度。

（四）變頻調控技術在煤礦礦井絞車中的應用

1.煤礦礦井絞車的構成及重要性

礦井絞車是一種用于礦井井下提升和運輸煤炭和其他物料的機械設備，也稱為提升機或升降機。礦井絞車通常由絞車機、鋼絲繩、滑輪、制動器、電動機等組成，是礦井井下常用的提升設備，通常用于煤礦、金屬礦山、非金屬礦山等地下采礦作業(yè)中，主要用于將煤炭和其他物料從井下輸送到地面或從地面輸送到井下，運輸煤炭、礦石、礦渣等物料。

2.變頻調控技術對煤礦井絞車中的應用情況

變頻調控技術對煤礦井絞車中的應用包括調節(jié)絞車的速度和負載量兩方面，通過變頻器控制電機的輸出頻率，可以精準控制絞車的速度，與傳統(tǒng)機械調速方式相比，根據(jù)實際需求隨時調整，從而提高生產效率。同時，還能控制電機輸出功率和絞車負載。在絞車運行過程中，如果負載過大，會導致電機過載，影響絞車的安全，縮短使用壽命。運用變頻調控技術時，要確保輸出的電源為660V、50Hz，同時，其他數(shù)據(jù)的變化和自動轉矩提升功能也在有效范圍內，保證絞車的正常運行，并對過流及過壓等形成多重保護。

四、結語

綜上所述，本文主要從應用原理的角度出發(fā)，闡述煤礦機電設備中變頻調控技術的應用狀況，表明該技術在煤礦機電設備中的重要性。煤礦機電設備是煤礦生產的重要設備，安全和穩(wěn)定對煤礦生產的效率有著重要影響。變頻調控技術在煤礦機電設備中的應用已得到廣泛推廣和應用，隨著科技的不斷發(fā)展，大量使用變頻調控技術的煤礦機電設備也得到提升，煤礦機電設備的安全性是煤礦生產的重要內容。通過變頻調控技術實現(xiàn)對電機輸出功率的精準控制，避免電機發(fā)生過載和過熱的現(xiàn)象，提高設備的安全性。煤礦機電設備的效率直接關系到煤礦生產的效率和經(jīng)濟效益。通過變頻調控技術實現(xiàn)對電機轉速和負載的精準控制，避免能量浪費，提高設備的效率和經(jīng)濟效益。隨著人工智能技術的發(fā)展，煤礦機電設備的智能化將成為未來趨勢。通過變頻調控技術實現(xiàn)對設備的智能化控制，實現(xiàn)自動化生產和智能化管理，減少對環(huán)境的影響。煤礦機電設備變頻調控技術的未來發(fā)展前景廣闊，在煤礦生產中將發(fā)揮越來越重要的作用，為煤礦生產的各方面和智能化提供更加完善的解決方案。

參考文獻：

[1]趙躍光.井下皮帶輸送機變頻控制系統(tǒng)的研究設計[J].煤礦現(xiàn)代化，2018（02）：122-123+126.

[2]石艷紅.煤礦主井皮帶機變頻控制改造技術研究[J].內蒙古煤炭經(jīng)濟，2017（17）：21+35.

[3]劉玉慶.變頻技術在煤礦皮帶機改造中的應用[J].中小企業(yè)管理與科技，2015（20）：65.

[4]王建華.變頻技術在煤礦皮帶機改造中的應用分析[J].科技風，2014（07）：50.

[5]張飛飛.礦用皮帶機變頻電控系統(tǒng)在煤礦的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2012（23）：1-6.

[6]孫紅光，梁凱，程偉.皮帶輸送機變頻電控系統(tǒng)在煤礦中的應用分析[J].中國新技術新產品，2013（01）：151.

[7]陳衛(wèi)芳.信息新技術在礦山皮帶集控系統(tǒng)中的綜合應用分析[J].中國化工貿易，2020，12（18）：148+150.

[8]楊振.黃玉川煤礦皮帶智能管理調速系統(tǒng)研究[D].西安：西安科技大學，2019.

作者簡介：李欣（1990），男，山東省鄄城縣人，本科，助理工程師，機電科副科長，主要研究方向為煤礦工程技術。