矿山机电设备变频控制技术原理及应用研究

白景浩 严聪

摘要：随着我国经济的快速发展，自动化控制技术、计算机网络技术等各种高新技术都取得了极大的进步。其中，变频控制技术作为一种新型技术，具有较强的可调节性，已经广泛应用于各行各业，尤其是在采矿业中，其优势更为凸显。将变频控制技术应用于矿山生产中，可以减少对能源消耗，同时也为矿井的可持续发展奠定发了基础。

关键词：矿山;机电设备;变频控制技术;原理;应用

1变频控制技术简介及其工作原理

一般来说，在进行矿山开发时不需要使煤矿机电设备长时间高负荷工作，要注意节约资源，将变频控制技术应用在矿山开采中可以满足以上需求，从而避免煤矿机电设备产生过剩力矩。变频控制技术包括计算机技术、电力电子技术、电机传动技术，在工作过程中将机械设备和强弱电技术相结合就形成了一种综合性较强的新型技术。变频控制技术的工作原理其实就是使交流电先通过半导体，然后变为其它频率，接着再利用相关设备将交流电转化为直流电，最后再利用逆变器实现对电流和电压的调节和控制。通过上述过程就可以完成机电设备的无极调速。这种调速方式可以极大地减少损耗，节约资源的同时也减少了工作过程中对周围环境造成的影响。此外，变频技术在矿山机电设备中的应用主要是利用了电流频率和电机转速之间的同比增长关系，因此，变频调速技术可以根据实际的工作量对速度进行改变，在工作负荷高时提升工作速度，在工作负荷较低时减小工作速度，通过上述方式，电流频率对电机实际转速形成控制，进而实现对矿山机电设备的有效控制。变频技术中的电路有四个部分： 整流、直流、控制、逆变，这几个部分相互作用、相辅相成，一起完成对矿山机电设备的控制。变频技术可以保证机电设备的有效运行，控制设备运行的速度，提高设备运转效率，节约能源，在矿山开采行业具有极大的应用前景。近年来，研究人员还研究出了模糊自动化控制、人工神经网络等技术，在这些新型技术下，变频控制调控系统集成化的程度也有了显著的提高，一些新的控制系统例如高级专用集成电路也逐渐被应用到矿山开采中。随着变频器的不断发展和优化，一些新的新的功能也在原本的调速功能上发展起来。例如编程、通信等等，这为变频控制技术在矿山机电设备中的进一步应用奠定了基础。

2矿山机电设备变频控制技术的应用

2.1在采煤机中的具体应用

控制采煤机操作。在采煤机的操作过程中，停电和送电都会用到动力电缆控制芯线，通过远控使采煤机的控制通路与组合开关动力回路相接。送电后，通过采煤机遥控器顺序启动油泵电机、截割电机、牵引电机，牵引过程中，牵引变压器输出575V交流电，并输送至交流变频调速电控系统。转变成800Vdc。800Vdc 供给两个逆变器模块。逆变器模块给电机提供频率变化的电源。根据司机所选的牵引速度不同，逆变器的输出频率可以在0 到120Hz 间变化。牵引速度随逆变器模块输出到电机的频率变化而变化。

2.2 在胶带运输机中的具体应用

皮带机在启动的过程中会伴随较大电流的产生，无疑会形成电机内部发热发烫现象甚至造成电网电压的波动。液力耦合器在工作过程中，内部的油温容易升高较快，也存在内部部件的摩擦加大等现象，这些都在很大程度上增加了维修成本和维护难度。在胶带运输机中使用变频器，启动电流从零逐渐达到工作电流，其启动转矩可达额定转矩的1.5～2 倍，可顺利实现胶带运输机的重载启动。其次，通过调整电源频率可实现额定速度范围内任意速度，保证生产需求。并且在胶带运输机中应用变频技术也可节约大量电能，皮带机较提升机而言，其功率更大，使用了变频调速技术的皮带机，其工作频率和力矩均可根据自身承担的负荷状况来很好的调节和改变，使电机工频能够恒速运行，不仅运行安全而且高效节能。

2.3 提升设备中变频控制技术的应用

以往的提升机工作模式就是先在电动机转子电路内接入金属电阻，然后再用接触器将电阻切除，从而达到调节提升速度的目的。但是这种工作方式存在很多问题，例如电阻耗能量较大，提升机内部散热性能较差、速度可调节范围较小、调速精度较低等等。此外，在减速段和下放时存在动力制动，这一过程中来不及完全消耗电源的能量，这就造成了电能的浪费，同时也加大了对设备的损坏，降低了提升设备的安全性。将变频技术应用到矿井提升驱动系统后，可以有效解决上述问题，一方面可以使提升机在较为稳定安全的状态性进行减速、加速，这里的速度调节不是传统的机械调节，而是电气控制调节，这样一来就可以大大减少提升机作业过程中产生的冲击和摩擦，延长各种设备的使用寿命。另一方面，变频控制技术还具有回馈制动的特点，当提升机处于负力情况时，电动机会产生再生能量并将其传输到电网，从而节约电能。除了上面说的两点，变频控制技术还能够编写程序和电控系统中的继电器的逻辑关系，降低失误，此外，变频控制技术外部线路控制执行继电器的数量比較少，可以大大节约生产成本，提高矿山开采的经济效益。

3煤矿机电设备变频控制技术的主要理论和发展趋势

现阶段在煤矿开采时期，机电设备使用的变频控制技术含有这样几种，第一种就是电力电子技术，第二种就是微机技术，第三种是电机传动技术。通过有效地使用这几种技术，进而建立了我们国家煤矿机电设备中的变频控制技术。变频控制技术在使用的时候，能够有效地联系机电技术和强电弱点技术，进而产生一种综合性较高的电子技术。变频控制技术和技术要点就是充分使用电子半导体的有关部件有效地把工频电源变化成其他工作频率的工作电源，变频控制技术的主要理论就是借助合理的梳理来把工频交流电压有效地转化成直流电压，之后借助有关的逆变器设施来改善之前的频率以及电压。如此能够调节的电压可以成为电动机的实际驱动电源来当做工作驱动，这样电动机会接受无极调速电流和电压。变频调速控制技术可以实现无附加损耗的调速，这种形式属于如今煤矿机电设备的主要调速形式的一种。

结束语

综上所述，变频控制技术作为一种新型的技术手段，可以广泛应用于矿山作业中的机电设备、提升设备、通风设备等等，不仅可以延长设备的使用寿命，降低企业的生产成本，还可以提高设备运行的稳定性，保障设备的安全运行，提高煤矿机电设备加工和生产的效率，推动传统机械作业方式的改变。虽然当前变频控制技术已经广泛应用于煤矿行业中，但是要想进一步提高生产水平，还要加强对变频控制技术的研究，推动变频控制技术在矿山机电设备中的进一步使用，才能提高我国煤矿生产效率。

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