变频技术在矿山机电设备中的应用研究

任志明

(阳煤集团新元公司，山西 寿阳 045400)

1 概述

1.1 技术内涵

变频技术主要通过较为先进的设备及技术手段改变现阶段的设备工作频率以达到生产目的。而这一过程中变频器的主要任务为设备的频率控制，同时变频器结构较为复杂，组件较多，一般其组成结构为电源、电极、控制面板等。因此，有效收集相关组件能够使电动机的运行保持较为高效的状态。原有的机电设备频率一般不可改变，其速度也很难被控制，导致设备的运行状态一直不变，也不能结合矿井的实际情况进行调整，严重制约了矿井生产效率，造成了大量的能源消耗。使用变频技术后能够使设备的适用性更加广泛，对于矿井复杂的实际生产情况更加适应，最终在提高生产效率的同时完成节能的任务[1]。

1.2 工作原理

变频器的工作原理，实际上可以简化为电流的交换，其过程为交流—直流—交流。在其工作过程中，首先整流器将外界电源转化为直流，随后变为频率以及电压等传输形式，对交流电源进行较为控制，最后输送至发电机完成后续相关工作。在变频器的电路过程中，主要由逆变、整流、控制以及直流几部分组成。这些过程中，直流部分是不可控制的，它主要起到过滤的作用，能够储存能量、缓冲能量，但这一部分不存在功率。逆变器一般为三相桥式逆变器，它能够调整脉冲的相关数值，对于变频器的实际功能控制极为重要，也是整个操作过程的重点部分。节能主要通过变频系统调速来实现其目的，关于其调速方式主要为电极对数的调整。

2 应用现状

2.1 在提升机中的应用

在矿井的实际生产过程中，提升机的主要功能为材料以及人员的运输，在整个矿井的运输过程中占据极为重要的地位。在过去，提升的方式一般将电阻器接到转子电路中，随后通过控制器、接触器等将电阻器截流，进而达到调速的目的。这些过程中经常会出现一些不可避免的事故，如电阻消耗过度、散热达不到要求等。而电阻的调速范围相对也较低，最终导致设备整体操作精度较低。在提升机减速的情况下，应当保证系统中具有低频电源或直流电源，而这种电源切换很容易使设备损坏，同时浪费能量，导致矿井的安全系数显著降低，严重制约了矿井的经济发展。

将变频技术应用于提升机中，可以从本质上避免上述问题，达到无极调速的目的，提高整体的工作性能。关于其优势主要体现在以下几个方面：(1)速度以及制动都是通过电气系统进行控制的，有效避免了设备的磨损，其寿命显著延长；(2)如果提升机是属于负力状态下的，可以通过回馈制动的方式使能量再次反馈给电网，能够节省能量，同时保证安全；(3)对于精度的控制来说，变频器的扩展性能更为优异，其内部程序能够及时对相关功能进行调整，不需要进行大规模的改进，便于柔性控制。

2.2 在通风系统中的应用

在正常的工作情况下，电机很难满足频繁开启及关闭的要求，这种情况下很容易导致电机电流的损失。对于其内部零件性能会造成诸多不利影响。变频器能够有效实现对风机频率调节，根据实际生产情况及时调节其运行频率，避免不必要的能量损失。此外，变频技术能够有效减少事故发生率，在延长电动机使用寿命的同时保证其容量需求。为有效保证变频器在井下通风中取得较好的应用效果，应当合理选择变频调速技术，配合节能控制系统，实现井下的通风调速。然而，由于井下的空间环境较为复杂，空气流量变化较大，因此一般使用开环控制形式对其进行控制。

2.3 在通风机中的应用

随着巷道掘进深度的不断延伸，风井压力不断变大，而风机的功率也需要对应增加。现阶段风机功率的选择已成为矿井安全高效生产的重要前提之一。通风设备选用变频调速方式之后，可以根据巷道的实际风量及时调整，避免大量能耗的同时提高了其通风效率，通过改造风逆变器能够使风机实现软启动，避免了启动电流过大而造成设备的损坏，同时也能够实现随时的开启及停止。绝大多数情况下，通风机的运行速度较低，这种情况下能够有效减少设备使用时间，避免了后期的维护，从而延长其使用寿命。此外，为了保证整体的生产效率，一般使用两台电机进行工作，且两台电机的频率一致，从而有效保护整个电路的安全。

2.4 在电控绞车中的应用

在电控绞车的控制系统中，变频技术的电压波动范围一般在-15%～+10%之间，其电压的波动变化值应当在2.5%左右，同时提输出相关的工作参数为660V、200kW、50Hz。整体的工作周期应当具有可调节且连续的特征，在绞车的控制过程中使用变频技术能够使整体的承载能力显著增加、负载范围增大，从而有效满足实际生产需求。同时，变频技术的使用避免了设备出现压力不足以及散热不充分的情况，促进了其扭距力的提升，最终有效提高生产效率。

3 结语

现阶段矿井生产过程中，变频技术的使用仍然处于较为初步的阶段，其在大型设备中的应用较少。然而，随着科学技术的不断进步，设备也在不断的革新，使用变频技术逐渐实现了节能高效的目的，同时现场应用效果较为显著。在矿井的实际生产过程中，变频技术能够有效降低能耗，提升企业的经济效益，值得在后续的矿井生产过程中大量推广。