矿山机电设备变频控制技术原理及应用研究

蓝学 胡亮亮 黄德位

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;应用

在我国的矿山开发产生的能源消耗中，矿山机电设备所消耗的能源最多，所以当前如何减少矿山机电设备存在的能源浪费已经成为采矿行业研究的方向。变频控制技术在矿山开采中的应用有效解决了这一问题，不仅减少了矿山机电设备存在的能源浪费问题，还减小了相关设备对周围环境的影响。接下来，本文将主要就矿山机电设备变频控制技术的工作原理及其应用进行详细阐述。

一、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。[1]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、逆流，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。[2]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。

二、矿山机电设备变频控制技术的应用

（一）皮带设备中变频控制技术的应用

矿井下皮带机的功率一般较大，它首先利用绕线电机经转子绕组降压启动后工频巡行，之后再在液力耦合器的作用下转换到皮带机上。皮带机作为矿山开采中的一个重要设备其工作原理是先使轮毂产生动力进行工作，之后再利用所产生的摩擦力带动皮带，从而保证皮带的稳定运行。在上述摩擦力的作用下，皮带借助本身所具有的张力实现在滚轴上的向前运行。[3]一般来说，在进行生产作业时，皮带机启动会产生巨大的电流，为了避免这种现象，在实际工作中一般会采用对其中的转子串接电阻改善转矩和降低空载系统的压力等方法。上述措施虽然会起到一定的作用，但是减小皮带启动电流的效果并不明显，甚至有可能使电网电压不稳定，或者使电机内部发热严重，再加上皮带机本身的启动时间就比较短，在实际的工作过程中还有可能出现断裂、老化严重等现象，所以在进行矿山开采作业时一定要保证皮带机具有较高的韧性。除了皮带机本身会出现问题，液力耦合器在工作时也可能会出现内部油温过高，部件磨损严重等问题，这就在一定程度上提高了机械的维修成本，同时也加大了对周围环境的影响。上述的这些问题都给矿井的生产工作造成了严重阻碍，针对这种现象，将变频控制技术引入皮带机工作当中，可以实现皮带机的软起、软停，从而保证皮带机的稳定工作。此外，将变频控制技术应用到其中后可以实时观察皮带的负载情况，根据实际情况对对力矩和输出频率进行调整，在节约资源的同时也降低了企业生产的不稳定性，避免了过载生产可能造成的危险，大大提高了矿井工作的效率。

（二）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较少，可以大大节约生产成本，提高矿山开采的经济效益。[4]

（三）通风设备中变频控制技术的应用

除了提升机和皮带设备，变频控制技术还可以应用在通风设备中。在矿井开采中，通风机的主要功能就是使井下的空气流通，将有害的气体排出，通风换气，这和矿工的生命息息相关，所以說通风机在整个生产过程中具有极其重要的作用。当前，矿井开采的深度不断加深，这就要求通风机具有较大的功率，这种需求对于井下作业进一步的深入具有重要的影响，将变频技术应用到通风机中，可以有效满足上述需求。在实际的工作当中，变频控制技术可以根据实际需求的风量来对通风机的功率进行调节，避免对电能的浪费，保证通风机稳定运行。此外，变频控制技术应用到通风设备中还可以有效降低设备的启动电流，减少对矿井设备的冲击，对相关设备起到保护作用，延长设备的使用寿命，同时减少企业对设备维护方面的投入，提高工作效率。[5]

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。

参考文献：

[1]林健.试析矿山机电设备中变频控制技术的应用探究[J].山东工业技术，2018（18）：72.

[2]马宗华.试析矿山机电设备中变频控制技术的应用探究[J].世界有色金属，2018（06）：34+36.

[3]李平生.变频控制技术在矿山机电设备中的应用[J].内蒙古煤炭经济，2017（23）：38+43.

[4]施毅.变频控制技术在矿山机电设备中的应用[J].通讯世界，2016（05）：255-256.

[5]王友财.矿山机电设备变频控制技术的应用[J].内蒙古煤炭经济，2014（10）：119-120.