变频调速技术在矿井井下运输中的应用

王兴祥

摘 要：目前，变频调速控制技术在我国矿井的应用逐渐普及，该技术有效地提高了矿山设备的性能，在节能方面发挥了重要作用。本文分析了变频调速技术在矿井中的应用及相关预防措施，为我国矿井井下运输效率的提高提供了依据。

关键词：变频；矿井；运输；应用

引言

变频调速技术的基本定义是通过改变电源频率来调节发动机转速的连续平滑速度的方法。该技术主要应用于同步电动机和异步电动机，其速度可通过变频的效果进行调整。变频器控制技术的基本原理是基于电机运行速度和功率输入频率之间的关系，变频调速技术的基本工作方式是改变电机转速，通过改变电动机的工作频率提高运输效率。

一、变频调速技术的概念

变频调速技术的基本公式为： N=60 F（1- S）/ P.在该公式中，N是速度，F是输入频率，S是电动机滑差率，P是电动机极对。可以直接看出F、P、S的变化可以导致速度的最终变化。对于变频调速的内容，各种变频调速方法只需改变交流电机的同步速度或改变同步速度即可实现。

交流电动机发展的变频调速技术具有悠久的历史，它代表了世界变频技术应用的起源。有两种主要类型的交流电动机，一种是同步电动机，另一种是异步电动机。然而，异步电动机的速度控制性能在应用开始时不能与DC电动机相比，这就是为什么使用AC电动机进行速度控制已成为国际研究课题的原因。随着世界电子技术的发展和进步，半导体通信技术的应用逐渐开始应用。此时，AC电动机速度控制方法通常用作绕线异步电动机。转子串的速度控制，带变速控制的笼式感应电动机。在20世纪20年代，变频控制被人类认可，但当时技术相对不成熟，这导致了一个主要的技术限制：只有晶体管可用于形成逆变器，效果不是很明显，没有被广泛使用。在五十年代中期，随着科学技术的发展，晶体管开始出现，开创了电力电子技术发展的新纪元。20世纪70年代，电力电子技术逐步发展，开发了变频调速技术。

二、变频调速技术在矿井地下运输中的应用

（1）变频调速技术在矿井中的应用

提升机在矿井中的作用是整个矿井的重要组成部分，它是矿山运输的重要运输工具，也是矿山不可或缺的一部分。在矿山运输中用设备运输通过矿井的隧道钻孔，矿石，废矿，提升人员、设备和材料从矿井内运输。因此，对于矿井中的提升机来说，它是矿山生产的关键，这是与矿山相关的所有内容的通道。因此，矿井中的提升机，无论各种类型，对电气旋转的要求都比较高，因为与矿井井下运输直接相关的电动旋转系统的正常运行，将对矿井的运输产生很大影响，导致矿山生产效率的提高或降低。从本质上讲，矿井电动升力系统的要求包括具有调节发动机转速的良好功能，使调节发动机转速的精度更加准确，正向转动模式和反向转动模式可以快速执行相关操作。在具体情况下，要准确开发功能和定位功能，提高安全可靠性。

（2）变频调速技术的突出优点

众所周知，变频调速具有很多优点，具体来说，它主要涉及以下几个方面：第一，无级平稳加减速的作用就是井下运输系统的全面保证，要求稳定安全的工作条件。其次，功耗相对较低。它具有较低的启动电流，不会影响整个井下运输系统，因此具有非常好的节能效果。另一方面，启动后，不需要配置串联电阻，这大大降低了启动时的功耗。最后，井下运输系统还具有许多保护功能，同时保持高运行的稳定性和安全性。

（3）有效处理外部干扰

一是外部电网引起的故障。逆变器电源产生的谐波会对整个电网中的折叠式逆变器造成干扰。同时，有许多设备产生谐波源，包括照明电源等。不同的负载会导致电压或电流的某些异常波形变化，并危及其他电气设备。如果第一次问题没有得到正确解决，电源噪声将造成电源中断驱动器的运行。

其次，逆变器会扰乱外部。由此产生的整流桥代表网络的非线性负载，并且产生的谐波可能影响其他设备。由于逆变器装置本质上是PWM技术，因此在开关状态和高速开关期间会产生一些耦合噪声。因此，变频器可能会对矿井运输系统中的相关设备造成电磁干扰。

（4）防止干扰的措施

首先屏蔽干扰源。这是该领域非常有效的方法和手段。在正常情况下，逆变器主要使用铁壳来屏蔽其他电磁干扰，输出线优选用钢管屏蔽。问题是逆变器由外部信号控制得尽可能短，信号线的长度应为主电路的两倍，并与主电路分开，要禁止将它们放在同一个插槽中。为了有效地提高屏蔽效果，屏蔽层应在施工过程中接地。

其次采用串联电抗的连接。通常，低频谐波具有相对较大比例的逆变器输入电流。一方面，这妨碍了电力网络中的其他装置相对于低频谐波分量的正常操作，另一方面增加了无功功率消耗，从而大大降低了线路功率因数。因此，通过仔细推断可以得出结论，串联电抗器的连接可以有效地防止谐波电流的产生。

第三是采用科学合理的处理方法。正确接地不仅可以保护电网免受外部影响，还可以减少设备对外界的影响。然而，在具体实践中，电网中的中性线和地线相对模糊，并且屏蔽地线与由于这个原因，控制系统的主电路线之间的混乱连接要求系统的可靠性和安全性，逆变器的使用大大减少。主电路部分的正确接地可以显著减少逆变器干扰。因此，我们必须高度重视这方面的研究。

三、变频控制在矿井运输系统中的应用

传统控制系统通常使用PLC和定频转换的组合，经过长时间的探索，继电器的使用可以大大减少误差的发生，同时达到节能的目的。同时，PLC编程还可以通过手动和自动速度控制功能优化系统，大大提高了运输系统的灵活性，使操作变得非常容易。此外，可以在传输系统中安装同步开关，以实现对系统的有效控制。MATLAB仿真试验表明，矿井井下运输系统具有较高的抗干扰性能以及动静态响应特性，可以非常有效地满足生产要求。不难看出，变频控制技术的引入可以为运输系统提供非常明显的改进，这不仅提高了工作效率，而且具有相对较好的影响。

（1）转子回路的速度控制系统。在系统加速过程中，每个交流接触器达到真空状态，转子的网络电阻降低，以保持加速力的平均稳定性。为了实现低速提升机的操作，需要在转子中插入相应大的电阻。通常可以将低频电源施加到定子绕组以改善延迟部分的负功率状态，这种方法称为动态制动。如果提升机的发动机处于工作时间，则解决方案存在以下问题：1接触控制问题。大容量开关的使用使得系统的维护更加困难并降低了操作的可靠性。2开关步进速度问题，系统加速度无法准确控制，因此速度控制不准确；3运行效率低，低速运行导致电阻消耗过大，不利于提高能效。4功耗为输出功率的1/3，机械性能较弱。速度控制方案具有投资少、易于操作、易于使用等优点，并且用于小型矿井运输系统中。

（2）模糊控制系统。二维输入可用于控制提升机的速度。PLC系统的采样功能确定精确的控制变量，并将相应的程序与用户定义的程序进行比较，以获得诸如误差信号和错误率之类的参数。将误差信号的准确量和误差率转换为模糊大小，然后通过模糊推理理论得到模糊控制量，实现去模糊化过程。最后，获得控制信号并通过信号传输控制对象。模糊控制系统是非线性控制的一部分，其工作区域和应用领域非常大，应用面很大。缺点是应用程序的处理信息简单，精度相对较低。

四、结论

总之，对于矿山中电气和机械频率控制技术的应用，实际效果通常要求采矿设备在大型设备中占主导地位，并且在正常运行中设备性能要求相对较高，特别是对于电动旋转系统，有效利用这些大型设备是必要的。对于目前我国的矿井运输设备来说，矿山的基础设施建設相对落后，在生产过程中，大型工厂的矿山空间很小，因此必须进行设备的改进。根据实际情况，有效地使用变频速度控制来控制设备的操作，目标是节约能源并提高矿山的整体盈利能力。

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