探析变频控制技术在煤矿机电设备中的应用

李忠仁

（四川省煤炭设计研究院 四川成都 610091）

摘要：伴随着我国煤矿行业的迅速发展，越来越多的新技术、新工艺、新设备得到广泛的应用，特别是变频控制技术的应用具有重要意义，其中，变频控制技术的工作原理主要是通过复杂的步骤，从而实现一种频率电源向另一种频率电源的转换。然而，我国的煤矿地基非常大，且变频器的数量一直处于不断增加的状态，从而推动变频控制技术的进步与发展。伴随着电子技术的快速发展，推动变频器的进一步发展，其作为重要的煤矿机电设备得到十分广泛的应用。本文主要针对于煤矿机电设备中的变频控制技术展开分析。

关键词：变频控制技术；煤矿机电设备；应用

引言

近年来，随着变频技术的不断成熟与完善，其在电力行业、机械行业以及其它各个行业都得到了广泛的应用，并取得了很好的成绩。也正是因为如此，变频技术将广泛地应用在社会的各行各业中。在煤炭领域中，变频技术的应用范围也是比较广的，并充分发挥了其应有的价值，特别是存在露天矿井中以及在生产系统的电能设备中。因为变频技术的出现解决了很多实际问题，大大提高了煤炭行业的生产效率。鉴于此，进行有关煤矿机电设备中变频技术应用的研究是具有实际价值的，下文将具体分析和研究变频技术的应用情况。

1变频控制技术

在进行煤炭开采的过程中，大部分开采机械并不是在满负荷情况下运行的，所以减少机械耗电量的同时，不能降低机械的工作效率，所以这时将变频技术引入到煤矿企业的机电工程中就可实现节能减排的要求，降低开采成本。所谓变频技术并不是指一种单一的技术，而是多种技术的综合，主要包括以下几种，分别是数控技术、电力电子技术及电机传动技术等。机电工程中的变频技术工作原理主要指的是在机械中安插一些半导体的构件，利用工频电流信号将统一频率转化为不同的频率。综上所述，通过变频技术可使电机在不影响工作效率的情况下，节约能源。

2变频技术的发展原理

随着科技的进步，电力电子技术和控制理论也随之飞速发展，变频技术的相关知识也逐渐进入到了各个行业中，其应用范围也越来越广泛。从功率器件方面出发，随着 GTR、IGBT 的出现，该技术逐渐成为了智能功率模块（IPM）非常重要的部分；控制理论方面，在压频比（U/f）这种控制方式上获得了非常大改善，并且矢量控制和转矩直接控制方式也同时成为了实际变频器中的重要技术，而新技术更是将模块自动化控制、人工神经网络等控制方法作为了重点的研发方向；并且随着调速系统的集成度越来越高，单片机的出现成功引导了该技术逐渐成熟，并成功做出了数字信号处理器（ DPS），之后又成功产生了精简指令集计算机（RISC），最后高级专用集成电路（ASIC）也出现在行业中；从功能这个角度出发，我们可以看到变频器的综合化性能也随着技术的发展越来越高，不仅能够完成调速功能，同时也能够完成内置的可变程序、参数辨识等各项功能。

电力电子技术、电机传动技术等方面的综合型应用属于交流变频调速技术，该技术是一项能够充分融合机电与强弱电混合的综合性技术。该技术实质主要是通过将电力半导体器件切断、结合来改变工频电源进而有效形成不同频率的电能控制装置，而该技术的主要工作原理是将工频交流电压通过有效的方式转变成直流电压，再结合逆变器的频率及电压进行调整，使得这种可以改变的交流电压能够成为交流电机的主要驱动来源，进而使电动机能够获得不同电压及电流，这是一种低廉且低耗的调速方式。变频调速技术能够通过改变电机负载来改变自动、平滑的增加或减少速度，使生产效率能够得到快速提高，为此，该技术在能源形势日渐严峻的今天，获得了广泛的关注，并得到了不断发展。

3 变频技术在煤矿机电设备中的应用

3.1在提升机中的应用

在煤炭开采的工作中，需要频繁地使用提升机来到达各工作地点，并且需要使用提升机来完成对开采工具、材料以及煤炭材料的运输，因此，提升机对于每一个煤炭企业来说都是必不可少的设备之一。一般来说，提升机具有以下两个特点：提升机的运动情况比较复杂；提升机的启动以及停止行为比较频繁。提升机在工作时，主要是利用安装在机械设备内部的金属电阻来完成对提升机的调速，而电机的转速主要取决于该金属电阻的阻值大小，因此，提升机在工作时就会消耗大量的电能。这种传统的调速方法过于依赖额外动力来制动电源从而完成提升机的工作，安全性能较差。为了提高提升机在运行中的安全性并降低工作时对于电能的消耗，相关技术人员可以将变频技术应用到煤矿提升设备中，从而最终实现对提升机的优化。

3.2采煤机中的应用

采煤设备构成较为繁琐，很多作业环境恶劣的地区利用采煤机对整个作业的效率提升有极大的作用。采煤设备作为煤矿开采的主要机器，如果出现问题则对全矿生产有很大的影响。如今采煤设备经过革新与优化，其性能愈加完善，但是其出现的问题也愈加复杂，在很大程度上提高了维护修理工作的的难度。采煤机中运用变频技术使得采煤设备的变频调动速度体系得到了优化，从“一拖二”向“一拖一”发展，部分变频设备（如能量回馈型四象限变频器等）快速发展，由此提高了工作效率。提升了工作效果，延长了机器的使用期限，降低损耗，使得操作系统简单便于运用。

3.3在带式输送机中的具体应用

带式输送机是井下主要的煤炭运输设备，是通过驱动轮与胶带之间的摩擦来转动的，当带式输送机启动时，需要电机提供很大的扭矩以便带动胶带运转，将造成电路中的电压瞬间增大，胶带易老化断裂，而耦合器产生很多的热量，也会造成机器设备的老化与损坏，最终导致带式输送机的性能下降。将变频技术应用到带式输送机中，在开始运转时会更加稳定，对电能的使用也会更加高效，实践显示应用变频技术的带式输送机会使得电能的使用效率大大提高。

3.4变频技术在风机中的应用

在煤炭开采过程中，需保证井下的通风需求。由于工业技术水平限制，矿井内通风的设计方案也比较多，现阶段主要是通过调整煤矿风机的位置来保证矿井内通风状况，在位置移动过程中，不可避免就会给煤矿风机造成不必要的磨损，同时，不同位置需要煤矿风机的频率也不相同，频繁更换位置及频率会影响煤矿风机使用效率。如果在使用煤矿风机的过程中加入变频技术，就可使通风问题在開采过程中得到很好的解决，变频在风机中的应用主要是使风机能在高效区运行，提高几个百分点就会节约很多电能。使风机在高效区运行主要是通过调节角度和运用变频技术，这样能够有效的减少一些不必要的资源的浪费，同时保证了煤炭开采顺利进行。endprint

3.5变频技术在煤矿空气压缩机中的应用

经过调查研究发现，井下风动工具在使用过程中需用到空气压缩机和交流电机，长时间处于工作状态。现阶段，空气压缩机在运行过程中会设置上限和下限，如果交流电机在工作过程中超过了空气压缩机所规定的上限，那么空气压缩机就会自动将进气阀门关闭。此时，空气压缩机不产生压缩气体，所以电动机处于空载状态，一定程度上造成了资源浪费。反之，如果达到了设定的下限值，那么空气压缩机就会打开进气阀，产生压缩气体，使电动机处于重载状态。在实际使用过程中，由于很难对空气需求量进行评估，所以使得空气的需求量与生产量不能对等，会造成供应不及时或资源的浪费，同时还会由于经常更换空气压缩机的频率使得空气压缩机毁损。如果在空气压缩机使用过程中加入变频技术，那么，可有效控制空气的产生量，同时可防止由于经常更换频率造成的对空气压缩机的损坏；同时，加入变频设备以后，空气压缩机便于操作，准确性也有所提高，同时也比较好维护，在使用过程中不需人为对空气压缩机进行频繁改动，针对不同的开采条件可预先设置使用频率。变频技术的加入能从根本上解决传统空气压缩机加载和卸载供气的控制方式，通过调整电机用气量进对转数进行自动调控，保证空气压缩机能顺利进行，减少启动次数及资源的浪费。

4变频技术在中国煤炭产业中的应用展望

当今，变频控制技术还在不断成熟的过程中，因此在煤矿机电设备中的应用也会不断更新和进步，在中国这一技术还没完全在煤炭开采行业得到普及，因此，变频控制技术在中国煤矿机电设备中的发展还具有较大潜力和空间，对其有以下几方面的展望：a）需求量非常大。由于中国煤炭业相对比较发达，有众多煤炭开采公司，所以要进行技术变革就需要大量变频器，广阔的市场在很大程度上促进了变频控制技术发展；b）增强适应性，扩大适用范围。如果变频器能生产出各种型号的产品，就能实现与煤矿开采过程中所需各种机电设备的匹配，那么它的推广空间就会更加广阔；c）重視网络化和多功能化的更新。在电子技术迅猛发展的大环境下，也推进了变频器的控制及使用朝着多功能的方向发展，而目前随着对变频器的大力推广使得其成为了煤矿网络化管理中的关键模块。

结语：变频技术在煤炭领域的应用越发广泛，具有非常大的潜力。在提倡节能环保的现在，煤炭行业要实现绿色发展，获得长足进步，就必须灵活应用变频技术，提高机电设备的应用效率，为企业与社会提供更优质的服务，提高中国整体的效益水平。

参考文献：

[1]张华，龙坤.电气工程安全问题及质量控制探讨[J].中国新技术新产品，2010（18）：148.

[2]张和平.变频技术在煤矿机电设备中的应用分析[J].技术与市场，2015（5）：169.endprint