矿山机电设备变频控制技术分析

刘占波 宗海东 魏志慧

[摘    要]在矿山开采过程中，由于矿山机电设备所消耗的能源较大，产出和消耗不成比例，因此受到人们的广泛关注。近年来，我国在变频控制技术方面的资金与精力投入不断加大，且把此种控制技术推广到机电生产与矿山领域，合理化应用变频控制技术，能实现对机电设备功耗的合理化控制，有利于延长机电设备的实际使用寿命，也推动了我国矿山产业的进一步发展。对此，本文就矿山机电设备变频控制技术展开了相关的分析与研究。

[关键词]矿山;机电设备;变频控制技术

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）03–000–03

[Abstract]In the process of mining， the energy consumed by mine electromechanical equipment is relatively large， and the output is disproportionate to the consumption， which has attracted widespread attention. In recent years， Chinas capital and energy investment in frequency conversion control technology has continued to increase， and this type of control technology has been extended to the fields of electromechanical production and mining. The rationalized application of frequency conversion control technology can realize the rationalization of the power consumption of electromechanical equipment. Control is conducive to extending the actual service life of electromechanical equipment， and it also promotes the further development of China's mining industry. In this regard， this article has carried out relevant analysis and research on the frequency conversion control technology of mine electromechanical equipment.

[Keywords]mine; electromechanical equipment; frequency conversion control technology

矿山产业为整个社会和工业发展提供了一定的能源，是我国的重点发展产业，且我国矿山企业拥有相对先进的设备与技术。如今，人们对能源的需求量逐步增加，且矿产资源的产量也受到了国家的重视，对此，将相关的科学技术应用到矿山机电设备中具有重要意义。其中以变频控制技术为典型的科技元素逐步被注入到矿山机电设备系统中。目前，矿山数量在不断增加，变频控制技术在整个矿山机电设备中的应用，大大提高了机电设备的运行效率。

1 变频控制技术的基本原理与发展现状分析

通常情况下，矿山机电设备无需长时间且满负荷的运行，为了满足矿山开发与资源保护的基本要求，可将变频控制技术应用到矿山开发之中，以防止机电设备产生过剩的力矩。变频调速技术主要包括计算机技术、电力电子技术与电机驱动技术。在变频调速技术应用的过程中，主要是将机械设备与强弱电技术进行有机的结合，以形成一种强大而创新型的技术体系。

1.1 变频控制技术的基本原理

1.1.1 电压转换与调速

（1）变频控制技术在矿山机电设备中的应用。为实现电子技术、危机管理技术和电子传输技术的有机结合，机电设备主要利用电能实现混合处理的综合技术。其主要目的是利用功率半导体器件的实际开关效应，使工频电源及时转换为另一种变频调速装置。

（2）变频技术在煤矿机电设备中的应用，.主要是将变频技术转化为一般的电流和电压，通过改变其频率来实现互用。在这一过程中，交流电压成为实现无级调速的重要驱动电源，电压的基本要求也达到了无损调速的目的。

1.1.2 提高整体性能

结合变频控制技术的基本运行原理，通过调速的方式来应对矿山机电设备的基本负荷变化，以达到自动加减速的效果，有利于提高矿山的基本运行效率。变频控制技术的应用就是矢量控制与转矩直接控制的有机结合，而共同研发的智能化自动控制系统，主要是借助数字信号处理技术与单片机通过集成电路来科学的进行调速，从而达到参数识别与合理化编程，以达到智能化管理效果，更好的应用到矿山机电设备之中。

1.1.3 变频控制技术发展现状分析

目前，变频控制技术仍旧处于积极发展的状态，最关键的是核心功率器件进一步的发展。变频控制技术具有很好的智能化优势，旨在达到直接控制的目的，从而体现变频调速的高效性。近年来，随着科学技术的逐步发展，电子信息技术、自动控制技术、计算机技术和大功率输出技术的应用，使变频控制技术在煤礦机电设备中的应用有了很大的突破。目前，各个行业都在积极地推进环保工作，通过相关的分析可得知，电气设备、采矿、机械与矿山的能耗量比较大，会对周边环境造成严重的负担，从而影响到人们的实际生活，这主要是由于压气、通风等设备会耗费大量的电能。为优化与完善变频控制技术，使其能够更大程度处理好节能问题，从而获得理想的效果。近些年来，通过对神经网络的研发与设计，促使变频控制技术更好地应用到智能控制系统之中，使得变频技术在机电设备中的应用范围逐步拓宽。借助变频控制技术能提高开发效率，有利于推动矿山运行系统的进一步发展。把变频控制技术应用在矿山机电设备中，能有效提高内部编程效率，能精准识别各项参数性，便于煤矿机电设备安全而稳定的运行。

2 矿山机电设备变频控制技术的应用

2.1 变频控制技术在提升机中的应用

在矿山运行系统中，提升机具有高度的存在价值，其主要负责人员与物料的安全运输，在整个矿山生产体系中发挥着十分重要的作用。通常情况下，先通过电动机转子电路与金属电阻器进行有效地连接，利用接触器关闭电阻或鼓型控制器来调节速度，由于电频范围不造成的电阻消耗过大、散热性较差，且精度比较低等问题，在提升机下坡或减速段所设置的直流电源与低频电源，容易造成严重的资源浪费。将变频控制技术应用到提升机驱动系统内，主要是能够从根本上排除一系列的缺点，以达到无极加速与减速的目的，以提高系统的保护性能，其主要优势表现如下：

（1）相关的编程工作可通过程序员的具体指令来完成，为控制与处理好继电器的逻辑关系，电路图和梯形图之间的有效转换更容易控制。

（2）由于外部线路继电器的实际数量大大减少，其所占据的空间也在逐步下降，使得维护成本与故障发生概率大大降低。

（3）借助触摸屏与编程器能够很好的检测出系统存在的故障，能及时检测出机械故障与电气故障。

（4）扩展性能与控制精度大大提高。为更好的修改内部程序，其在不改变硬件连接的基础上，实现系统功能参数的不断变化，以达到柔性控制的目的。

（5）当提升机处于一种负力状态之下，电动机所产生的再生能量会回馈给电网，能有效节约电能，且由于自动力矩的逐步增加，促使轿车安全性能逐步提高。

（6）变频控制技术的应用，有利于促进提升机速度的控制与制动，可大大降低系统设备的磨损率，能有效延长机械设备的使用寿命。

2.2 变频控制技术带式输送机上的应用

带式输送机的功率大于提升机的基本功率。它主要是通过绕线电机的转子绕线来达到工频运行的基本目的，并通过液力偶合器输送到带式输送机部分。带式输送机的基本工作原理主要是利用轮毂的有效转动、摩擦驱动和张力变形使皮带在滚筒上运动。传统的矿石输送带由于大电流起动，运行质量和传动效率容易受到热机械冲击和电机电压波动的影响。由于启动时间较短，皮带断裂老化，对皮带韧性要求较高。此外，液力偶合器使机械零件的磨削程度逐渐提高，容易出现内部温升、运转不良等各种问题，也极易造成更严重的环境污染。如果要解决液力偶合器的启动问题，可以将变频技术引入带式输送机，实现带式输送机的软停软启动，使带式输送机运行更加平稳。通过调节输出转矩和频率，改变和优化电机的工频恒速运行方式，不仅可以降低能耗，而且可以大大提高带式输送机的运行功率。

2.3 变频控制技术在井下绞车电控制系统中的应用

将变频调速技术应用到电控系统与保护系统内，不过要注意各项细节，要求输入电源是660V，频率为50Hz，而输出功率则要调整到0～50W，而电压变动则要控制在-15%～10%，频率调控到-2.5%～2.5%，需要强化过载能力，在负载变化方面，最低为-120%，最高荷载为120%的额定负载，从而满足四象限运转的条件。此外，還支持自动转矩的提升，在低频运转条件下，能够保证额定转矩，可对元件过热问题展开规范化的处理。当控制箱选择快开门方式时，电气控制应选择双PLC数字控制系统。硬件电路应强化对绞车的规范化控制，以达到数字化监控的目的。此外，当PLC遭遇故障时，需要进行稳步地提升。在整个控制系统之中，需要对相关的操作进行合理化的配置，还要及时配备一定的保护设备。另外，应支持一定的保护试验。若信号未发出，不可启动车辆，且信号发出时间≥30d。基于此，才能实现圣光信号与控制回路正常闭锁，且电流温度等相关指标也变得更加直观。

2.4 变频控制技术在通风机中的应用

通风机是矿井中的核心设备，其在整个矿物生产过程中发挥着十分重要的作用。通风机是十分重要的通风设备，其运行时间比较长久，因被称为呼叫系统。在新时期，伴随着采矿与挖掘工作的逐步推进，风压逐步加大，所需功率也大大增加。因此，在矿井下作业时，必须要保证通风机的实际运行功率，才可保证矿井作业的高效性。使用变频控制技术对矿山通风机进行调速，会借助巷道风量需求的有效预测来实现调速，可大大减少能耗量，其具体实施效果也比较理想。借助变频技术来完善通风机后，能够实现变频的软启动，电流冲击也逐步减弱，大大缓解了对整个电网运行设备所产生的影响，还能随时停止与启动。一般来讲，通风机运行速度相对较低，使得通风机的实际工作强度大大降低，可有效延长通风机的实际使用年限，减少维护次数。此外，为确保电动机转速的一致性，在正常运作条件下，确保两台电动机的运行频率尽可能保持一致，防止形成一定的风阻而导致风扇运行受到影响。

3 结语

综上所述，变频控制技术具有安全、高效而便捷的优势，其被广泛的应用到各领域内。在煤矿开采过程中，会耗费大量能量，且电耗是很大的。但在能耗系统中，能源浪费问题还是相当突出的。将变频控制技术应用到煤矿机电设备之中，占用空间小、方便拆卸、操作简单、速度可调节等是其重要优势，尤其是能达到一定的节能效果，能大大减少煤矿生产的能耗率。相信不久的将来，我国科学技术可以得到进一步地发展，可不断深化与提升变频控制技术，从而获得机电设备应有的成效。

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