变频控制技术在煤矿机电设备中的应用①

李文沛

摘要：目前，我国所有煤矿几乎已经实现机械普及化，安全性及生产效率均大幅提高。机电设备在煤矿机械化开采过程中，不可否认的发挥了关键的作用，但是机电设备的运行仍存在一些问题，严重制约了我国煤炭业的可持续性发展。因此，解决机电设备运行的问题是必要的，从而才能实现煤矿开采业真正的发展。运用变频技术，可以起到以下几方面的作用：一是节能，二是减少机械冲击，三是减少改善消除电网电压谐波，起到改善机电设备的目的，从而提高机电设备的安全性与高效性。本文分析了机电设备在传统运营模式中存在的问题以及变频技术在机电设备高效运行中的实施与应用。

关键词：煤矿机电设备;变频控制技术;应用

一、引言

近年来，我国经济快速发展，对推动设备机械化水平不断提高，提高电子化水平发挥了重要作用，大力促进煤炭资源的开发利用，开发利用中的保护是保证煤炭工业可持续发展的必要举措与重要推力。

煤炭工业中实现安全生产的过程十分复杂，并且与众多机电、机械设备相关联。不难想象，如果在机电、机械设备的管理层面出现纰漏，则会导致严重的煤矿安全问题。因此，管理煤矿机电设备的问题极为重要，需要越早越好地发现煤矿机电设备中的安全性问题并采取必要且积极的应对措施，而引入变频技术就是改善这一问题的必要环节。通过充分发挥变频技术在煤矿机电设备中的合理应用，推动中国煤炭工业行业的安全发展与可持续性发展。

二、变频技术在煤矿机电设备中的应用分析

2.1煤矿机电设备引入变频技术的必要性

2.1.1变频技术在机电设备中的节能作用

近年来，随着国家对中小煤炭企业的管理和人们的环保意识的提高，煤炭行业已采用变频节能技术，广泛应用于煤炭机电设备。如果在皮带传输机、通风机、提升机等机械设备上安装频率转换工程技术，就能有效提高设备的稳定性和安全性，而且在采煤过程中可以降低机电设备的高耗能。实践中发现，采用变种变频节能技术，可以有效降低机械设备的保修频率，降低煤炭企业机械设备的保修成本，有效提高企业的经济效益和生产效益。

2.1.2变频技术在机电设备中的减少冲击作用

在我国煤炭工业的生产过程中，需要频繁启停的机电设备众多，比如皮带输送机、矿井提升机等等。在传统生产模式中的控制设备启停时，传统的机电设备启动方法，不能有效、科学地控制该设备的电压或电流，使得机电设备的稳定性被打破，经常容易受到大的冲击。而煤矿机电设备在冲击载荷的作用下，极其容易发生一些不可控事故。例如，当提升机停止工作时，钢丝绳可能会断裂;当皮带输送机启动时，功率突然增加可能会导致皮带断裂的问题。而造成这些危险现象的原因均是电流在设备运行中的不稳定，使得机电设备会经常突然承受很大的冲击负担。

2.1.3变频技术在机电设备中的消除谐波作用

煤矿机电设备大多为工频交流电设备，当电网电压的状态相对平稳时，其设备运行状态会相对稳定。但是在运行状态下，一些煤矿机电设备会产生谐波，这些谐波一旦注入到电网中，就会引起电网电压的波动。煤矿机电设备的电磁场会被这些波动影响，导致设备在运行状态下会发生一些异常情况。除此之外，一些煤矿机电设备也可能会出现震动剧烈的现象，震动较轻时会引起设备发热，影响其性能，严重时会导致设备的重要部分，轴承的断裂。电网产生的谐波虽然从短期来看不会对煤矿的机电设备产生较大影响，但从长期眼光来看，谐波无疑会缩短各個机电设备的使用寿命，更会对中国的整个煤炭工业行业的经济造成消极影响。

2.2变频技术在煤矿机电设备中的应用分析

通过上文分析可知，煤矿机电设备运行过程中出现一些问题的主要原因是电压或电流不能满足高要求：即煤矿机电设备的性能操作。针对这些问题，采用变频技术对机电设备进行改善与提升是可以取得很强成效的。变频技术的主要优点是能够灵活运用整流和逆变技术，而其基本原理也是通过这两项技术对工频交流电造成良性改变。下面以四个常见且重要的煤矿机电设备为例，即皮带输送机、矿井通风机、矿井提升机，以及刮板输送机中分析变频技术在煤炭工业生产中的具体应用。

2.2.1变频技术在皮带输送机中的应用

传统的皮带输送机的速度调控是不能实时自动更改的，而是通过液力耦合器来改变，运用液力耦合器这种装置对皮带输送机进行的调速一是不够灵活，二是每次进行调速更改，都会对皮带输送机造成较大的冲击，没有办法照顾到皮带输送机的特性，很容易造成皮带输送机的皮带断裂，从而对整个矿井造成很大的安全隐患。由点及面，可想而知传统的皮带运输机的调速系统会对我国整个煤炭工业造成多么大的安全风险。所以，改革皮带运输机的调速系统刻不容缓，而其最佳手段与媒介就是变频技术。相较于传统的皮带运输机采用单片机控制器来控制主动轮，应用变频技术则可以在设备启动时，以一个较为适合的低频率来控制设备运行，这样的优点有二，一是可以避免启动皮带运输机时一瞬间产生的较大冲击电流，二是可以保障启动皮带运输机时的转矩需求。变频技术可以大幅降低皮带运输机的发热情况，减轻皮带运输机运行时皮带承受的拉力，从而起到改善、提升皮带运输机性能的目的。

2.2.2变频技术在矿井通风机中的应用

目前在我国的传统矿井通风机运行模式中，不能对电网的电压进行有效控制，这就导致在电网电压不稳定、波动较大时，会对矿井通风机的风扇叶片造成强力影响，导致其晃动剧烈、设备发热，长期以往便会对矿井通风机造成一定程度上的设备损耗，造成矿井安全事故概率的增加。传统矿井通风机的运行原理是改变调节通风机的风扇叶片安装角来实现通风机工况点的调节，而其在调节时耗时耗力，便利性很低。尤其在一些特殊情形下，通风机需要即刻停止，而在传统模式中，其进行停止时并不能控制风速，这就导致会有较大的冲击电流逆向注入到电网中，导致矿井其他设备均受到很大的电流冲击。而在矿井通风机中应用变频技术，就可以通过改变电压的频率来调节矿井通风机的工况点，这就大大提供的设备运行的平稳性与安全性，降低了电网电压的波动对矿井通风机造成的不安全性影响。另外，电网电压对矿井通风机的不良影响下降后，就能很大程度上的提升矿井通风机的工作时长及使用寿命，减少了矿井通风机的日常维护修理成本，从而提高煤矿的长期经济效益。

2.2.3变频技术在刮板输送机中的应用

为了解决重载启动的问题，传统的刮板输送机通常由减速机、双速电机、液力联轴器、电动软起动器等驱动。从使用的角度来看，随着功率的增加配置，上述方法可以解决重负荷的问题，开始在某种程度上应用效果并不理想，造成过度的浪费资源分配，上面的起动方法由地下供电能力是有限的。采用双电机交错启动方式，相当于启动力矩的一半。从变频应用的角度来看，变频驱动是解决刮板输送机重载问题的一种很好的解决方案，并且启动时间可以手动控制，启动平稳性几乎是完美的。

三、结语

不可否认，在我国现阶段的煤炭工业现代化开采过程中，煤矿机电设备起到了重要作用，而由于传统的煤矿机电设备存在诸多弊端，不同程度上的影响了煤矿开采过程中的安全、煤炭工业的可持续性发展以及煤矿的长期经济效益，因此引入变频技术在煤矿机电设备中的应用是十分具有必要性的，可以推动我国煤炭工业的进一步发展。

参考文献：

[1] 何晓龙.变频控制技术在煤矿机电设备中的应用[J].农家参谋，2019（13）：201

[2] 米小宝.煤矿机电变频控制技术与节能方法探讨[J].石化技术，2019，26（9）：173