變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用分析

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)與科技的快速發(fā)展，各行各業(yè)的發(fā)展均得到了顯著提升，作為煤礦行業(yè)亦是如此。煤礦行業(yè)屬于高污染、高耗能的行業(yè)，耗能過高的問題一直備受困擾，不但會增加煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本，也不利于提升經(jīng)濟(jì)效益。隨著變頻控制技術(shù)在煤礦行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，不但降低了能源消耗，延長了電機(jī)的使用壽命，還提高了社會效益和經(jīng)濟(jì)效益?；诖耍疚氖紫忍接懨旱V機(jī)電變頻控制技術(shù)的原理、優(yōu)勢及發(fā)展，然后分析煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過程中存在的問題，最后闡述變頻控制技術(shù)在煤礦行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)電節(jié)能的目的，促進(jìn)煤礦企業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：煤礦；機(jī)電設(shè)備；變頻控制

DOI：10.12433/zgkjtz.20232537

我國作為煤礦生產(chǎn)大國，煤礦企業(yè)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響不容小覷。煤礦企業(yè)作為高耗能、高污染的企業(yè)，為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，獲得更好、更強(qiáng)的競爭優(yōu)勢，要不斷降低能耗、提升機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率，而變頻控制技術(shù)不但可以滿足節(jié)能需求，還能進(jìn)一步提升機(jī)電設(shè)備的性能，因此受到煤礦企業(yè)的青睞。隨著變頻控制技術(shù)在煤礦企業(yè)的廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了煤礦技術(shù)的不斷創(chuàng)新，提升了設(shè)備運(yùn)行的基本性能和實(shí)際作用，降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，提高了社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了煤礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

一、煤礦機(jī)電變頻控制技術(shù)概述

（一）變頻控制技術(shù)的原理

變頻控制技術(shù)是社會經(jīng)濟(jì)及科技發(fā)展到一定階段的時(shí)代產(chǎn)物，是一種結(jié)合電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)優(yōu)勢而形成的綜合技術(shù)。通過利用半導(dǎo)體元器件推動交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，結(jié)合逆變器裝置調(diào)整頻率及電壓，再將直流電轉(zhuǎn)換成不同的交流電，促使煤礦機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行達(dá)到更加理想的狀態(tài)。變頻器主要由鍵盤、電源板、控制主板、整流橋、電解電容、充電電阻、繼電器、逆變模塊以及保險(xiǎn)管組成。鍵盤設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)，調(diào)節(jié)頻率；電源板為變頻器提供電壓，確保電路的正常運(yùn)行；控制主板驅(qū)動和控制逆變模塊，處理和保護(hù)接口信號；整流橋用來轉(zhuǎn)換電流；電解電容將脈沖直流電轉(zhuǎn)換為平滑直流電；充電電阻具有限流的作用，更好地保護(hù)電路；繼電器用來承受主電流；逆變模塊將平滑直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電；保險(xiǎn)管對整流橋和逆變模塊具有很好的保護(hù)作用。

變頻技術(shù)通常采用“交—直—交”變頻控制技術(shù)，在變頻過程中，電路直接控制輸出的電源頻率，將變頻的電源接入煤礦機(jī)電設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行的交流無極調(diào)速，從而更好地控制機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提升設(shè)備的自動化及高能效。

（二）變頻控制技術(shù)的優(yōu)勢

總體來說，變頻控制技術(shù)的優(yōu)勢主要包括：

第一，促使煤礦機(jī)電設(shè)備更加平穩(wěn)的運(yùn)行，改善設(shè)備性能。對于煤礦行業(yè)而言，大功率的用電設(shè)備較多，在運(yùn)行過程中可能有一些諧波進(jìn)入到電網(wǎng)中，導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常現(xiàn)象，例如，機(jī)電設(shè)備發(fā)熱、震動劇烈等。而交流電源在經(jīng)過變頻后，波形變得更加平穩(wěn)、標(biāo)準(zhǔn)，可以減輕設(shè)備在啟停時(shí)產(chǎn)生的震動，使機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行過程中更加平穩(wěn)，確保機(jī)電設(shè)備長期保持理想的工作狀態(tài)。

第二，增強(qiáng)煤礦生產(chǎn)的環(huán)保性。利用變頻控制技術(shù)有效降低生產(chǎn)過程中的煙氣排放，減少電能消耗，提升煤礦生產(chǎn)的環(huán)保性。

第三，降低煤礦機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行能耗。節(jié)能是變頻控制技術(shù)的最大優(yōu)勢，通過變頻控制技術(shù)在設(shè)備上的使用，控制設(shè)備運(yùn)行速度，當(dāng)機(jī)電設(shè)備負(fù)荷較大時(shí)，利用變頻控制技術(shù)提升電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度，而設(shè)備負(fù)荷較低時(shí)可以降低電機(jī)的轉(zhuǎn)送，從而有效節(jié)省電能。根據(jù)對機(jī)電設(shè)備的能耗統(tǒng)計(jì)，采用變頻控制技術(shù)節(jié)能30%，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

（三）變頻控制技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

目前，變頻控制技術(shù)取得了不小的進(jìn)步，在各行各業(yè)也得到廣泛應(yīng)用。由于變頻控制技術(shù)具有節(jié)能效果，因此，越來越多的制造企業(yè)重視變頻控制技術(shù)在機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用，煤礦企業(yè)作為高耗能企業(yè)，變頻控制技術(shù)的使用可以有效降低能耗，提高設(shè)備的使用效率，提升經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)階段，變頻控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于采煤機(jī)、井下提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、空氣壓縮機(jī)和水泵等機(jī)電設(shè)備中。實(shí)踐表明，經(jīng)過變頻控制技術(shù)改造后的設(shè)備使用效率明顯提高，能耗顯著下降，大幅提升了煤礦行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，由此可見，變頻控制技術(shù)在未來的發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

二、煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過程中存在的問題

（一）觀念有待提升，缺乏創(chuàng)新

目前，部分煤礦企業(yè)對科技創(chuàng)新的觀念認(rèn)知不足，對機(jī)電設(shè)備所造成的高能耗、高污染認(rèn)識不夠全面，因此，在科技創(chuàng)新方面的重視程度不夠，未能優(yōu)化和完善使用的機(jī)電設(shè)備，造成機(jī)電設(shè)備耗電量巨大，產(chǎn)生了不必要的能源浪費(fèi)。另外，當(dāng)前煤礦企業(yè)的工作重心在生產(chǎn)方面，為了減少開支，人員配備不全，機(jī)電管理人員身兼數(shù)職，無暇顧及機(jī)電設(shè)備能耗和使用效率等。因此，變頻控制技術(shù)無法得到廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致大量的能源浪費(fèi)。還有一些企業(yè)雖然調(diào)整了機(jī)電設(shè)備的輸出功率，但未能有效降低能源消耗，無法真正做到資源的有效利用。

（二）對機(jī)電設(shè)備啟停沖擊很大，使設(shè)備加速老化

煤礦企業(yè)在實(shí)際作業(yè)過程中使用的提升機(jī)、皮帶輸送機(jī)等設(shè)備往往會經(jīng)常進(jìn)行啟停，影響機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行。例如，礦井提升機(jī)在停車時(shí)可能會造成鋼索斷裂、皮帶斷裂等問題，由此引發(fā)安全事故，主要原因是設(shè)備長期的突然啟停、電流突變對設(shè)備造成的沖擊。

三、變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的實(shí)際應(yīng)用

（一）變頻控制技術(shù)在礦井提升機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用

礦井提升機(jī)在煤礦開采過程中具有重要作用，主要用于開采人員或開采過程中所需物料的運(yùn)輸。傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)在運(yùn)行過程中，一般利用電阻控制電機(jī)，并結(jié)合鼓型制器調(diào)節(jié)提升機(jī)的運(yùn)行速度，但由于電阻較多，不利于設(shè)備散熱，因此，可能會產(chǎn)生安全隱患。而利用變頻控制技術(shù)可以達(dá)到無極變速的效果，從而提升礦井提升機(jī)的穩(wěn)定性和平滑性，起到保護(hù)設(shè)備、減少損耗的作用。在具體應(yīng)用過程中，可將變頻控制技術(shù)應(yīng)用到編程器中，通過特定指令的編寫有效控制繼電器，用變頻器替換傳統(tǒng)礦井提升機(jī)的調(diào)速裝置，從而控制提升機(jī)的運(yùn)行速度。同時(shí)，在一定程度上減少機(jī)電設(shè)備外部線路及內(nèi)部繼電器的數(shù)量，解決礦井提升機(jī)故障多的問題。

（二）變頻控制技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用

礦井通風(fēng)機(jī)是煤礦企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)過程中的常用機(jī)電設(shè)備，主要用于降低井下有害氣體和有毒氣體的含量，為井下作業(yè)人員提供必要的氧氣?，F(xiàn)階段，煤礦開采作業(yè)深度不斷加深，礦道長度越來越長，為保障煤礦生產(chǎn)的安全水平，要提升礦井通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率，以確保礦井的通風(fēng)效果。就傳統(tǒng)礦井通風(fēng)機(jī)而言，功率一直處于恒定狀態(tài)，只能通過調(diào)節(jié)安裝角度達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的效果，降低通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率。另外，礦井通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，工況點(diǎn)對于通風(fēng)阻力有著直接關(guān)系，當(dāng)通風(fēng)阻力產(chǎn)生變化但通風(fēng)機(jī)風(fēng)量不變時(shí)，使礦井通風(fēng)機(jī)處于低效率的運(yùn)行狀態(tài)，被稱為低效率工況點(diǎn)運(yùn)行。實(shí)踐表明，當(dāng)?shù)V井通風(fēng)機(jī)處于低效率工況點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，會造成總電能一半的消耗。因此，為了確保礦井通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效果，要將變頻控制技術(shù)應(yīng)用到礦井通風(fēng)機(jī)中。

首先，借助變頻控制計(jì)數(shù)，依據(jù)通風(fēng)阻力對風(fēng)量進(jìn)行自動化調(diào)節(jié)，以此優(yōu)化礦井通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，保持礦井同更急的高效工況點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)。另外，借助變頻控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)機(jī)的軟啟動，從而減少設(shè)備受到瞬間啟動的電流沖擊，保證礦井通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。其次，借助變頻控制計(jì)數(shù)，保證礦井通風(fēng)機(jī)始終保持平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備的維修頻率，實(shí)現(xiàn)延長礦井通風(fēng)機(jī)使用壽命的目的，相應(yīng)地，可以降低礦井通風(fēng)機(jī)的維護(hù)和檢修成本，提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（三）變頻控制技術(shù)在皮帶運(yùn)輸機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用

皮帶機(jī)是一種運(yùn)輸設(shè)備，主要負(fù)責(zé)運(yùn)輸采礦人員及作業(yè)過程所需物料，是煤礦企業(yè)進(jìn)行采礦作業(yè)的重要設(shè)備之一。皮帶運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)行過程中需要不停啟停，進(jìn)行反復(fù)地上下運(yùn)動，遇到的阻力較大，會造成較大的能源消耗。傳統(tǒng)的皮帶運(yùn)輸機(jī)是以固定功率運(yùn)行的，但皮帶輸送機(jī)在實(shí)際運(yùn)輸過程中的重量是變化的，可能過重或處于空載狀態(tài)，會造成一些浪費(fèi)。另外，由于諧波的存在，也可能使皮帶運(yùn)輸機(jī)打滑，甚至出現(xiàn)斷裂。為了避免上述問題，要將變頻控制技術(shù)應(yīng)用到皮帶運(yùn)輸機(jī)上。借助變頻控制技術(shù)，有效控制皮帶運(yùn)輸機(jī)達(dá)到平穩(wěn)啟停的狀態(tài)，利用四象限變頻調(diào)速系統(tǒng)，對皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，最大限度上減少設(shè)備運(yùn)行的損耗，改善皮帶性能，解決皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)熱嚴(yán)重的問題，提高運(yùn)輸機(jī)的安全性能的同時(shí)提升工作效率，同時(shí)，降低設(shè)備的維修成本，延長皮帶運(yùn)輸機(jī)的使用壽命。

（四）變頻控制技術(shù)在水泵中的實(shí)際應(yīng)用

水泵在開采作業(yè)過程中主要承擔(dān)處理井下給排水的任務(wù)，是開采作業(yè)過程中常用的設(shè)備，也是確保企業(yè)安全生產(chǎn)的重要設(shè)備。水泵在生產(chǎn)過程中需要處理大量的水資源，因此，能量消耗較大。借助變頻控制技術(shù)可以達(dá)到高效、節(jié)能的效果，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)。通過變頻控制裝置，可以有效控制水泵在啟停過程中生成的浪費(fèi)，使啟停更加順暢，降低運(yùn)行能耗的同時(shí)，減少水泵各部件在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的磨損情況，從而降低水泵設(shè)備的故障率。借助變頻控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)出水壓力的自動檢測，參考不同的出水量實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速，一方面，實(shí)現(xiàn)井下給排水恒壓出水，避免出水不穩(wěn)定等異?，F(xiàn)象，提升水泵的使用期限；另一方面，減少不必要的能源浪費(fèi)，從根本上提升水泵的使用效率。

（五）變頻控制技術(shù)在故障檢測中的實(shí)際應(yīng)用

由于開采環(huán)境較復(fù)雜，在實(shí)際煤礦作業(yè)過程中，容易發(fā)生各種安全事故，不管哪個(gè)設(shè)備發(fā)生故障，都會直接影響整個(gè)開采作業(yè)過程，造成能源浪費(fèi)。因此，為了保障開采作業(yè)安全、有序的開展，要時(shí)時(shí)監(jiān)測各種安全隱患，重視故障檢測工作的開展。

故障檢測主要涉及收集煤礦開采作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過科學(xué)分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)防煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)或可能出現(xiàn)的問題，排除設(shè)備運(yùn)行故障，保障煤礦機(jī)電設(shè)備的安全運(yùn)行。借助變頻控制技術(shù)優(yōu)化故障檢測技術(shù)，可以有效融合系統(tǒng)中已采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括故障檢測信息、開采經(jīng)驗(yàn)等，全方位構(gòu)建完善、科學(xué)的監(jiān)測方案，制定有效的開采計(jì)劃，進(jìn)而提升開采作業(yè)的效率和質(zhì)量，同時(shí)，通過對各項(xiàng)事故的預(yù)警，提升井下作業(yè)的安全性。通過開采作業(yè)的過程優(yōu)化，全面提升煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，堅(jiān)定不移地走綠色發(fā)展之路。

四、結(jié)語

綜上所述，變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中具有舉足輕重的作用，在提升機(jī)電設(shè)備的節(jié)能性、安全性和穩(wěn)定性方面具有明顯優(yōu)勢，因此，變頻控制技術(shù)具有很高的研究價(jià)值。煤礦企業(yè)在開采作業(yè)過程中使用的礦井提升機(jī)、礦井通風(fēng)機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、水泵以及故障檢測技術(shù)中大都引入了變頻控制技術(shù)，但仍存在一定缺陷，例如，工作人員認(rèn)知不足、對技術(shù)要求較高、造價(jià)過高等。這就需要堅(jiān)定綠色可持續(xù)發(fā)展的觀念，全面了解變頻控制技術(shù)，采取合理的操作方案，改善機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況，改良操作技術(shù)，并結(jié)合企業(yè)的實(shí)際經(jīng)營狀況，充分發(fā)揮變頻控制技術(shù)的優(yōu)勢，優(yōu)化操作方案，使操作更加簡單，最終實(shí)現(xiàn)降低能耗、減少設(shè)備損耗、降低生產(chǎn)和制造成本的目的，推動煤礦機(jī)電設(shè)備的技術(shù)升級，擴(kuò)大變頻控制技術(shù)的普及率，從而在根本上推動煤礦企業(yè)的健康、穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展。

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