变频技术在矿山机电设备中的应用研究

2020-12-09曹争

世界有色金属 2020年23期

曹争

（内蒙古平庄煤业（集团）有限责任公司，内蒙古赤峰 024076）

1 变频技术的含义及现状

变频技术最为根本的特征就是能够改变交流电源的频率，在具体的应用中，变频技术可以有效地使三相异步电动机电源的频率得到调整，而这一调整使转速得到了有效的控制，随着电动机的不断运行，其他机电设备也会在此技术控制下保持稳定、可靠的机械运动[1]。

近年来，随着电子技术、信息技术等的快速发展，再加上微处理器功能的逐步提升和性能优化，变频技术进入了新的发展阶段。传统的电气设备下，所使用的交流电频率难以被改变，而现代化的电器设备下，变频技术的应用能够有效实现电动机调速控制，最大程度上提高电气设备的环境适应性。

1.1 控制策略的发展

变频控制技术在不断的发展过程中，逐步经由恒压频比转变为矢量控制，控制模式有所改变和提升。矢量控制策略下，异步电动机的定子电流空间矢量被分解为转子励磁分量和转矩分量，控制的可靠性和精确性都有所提升。

1.2 数字处理单元的应用

变频技术的应用过程中，数字处理单元的使用使控制器具有了更为强大的信息处理能力。在变频技术出现的最初阶段，信息处理是由单片机来完成的，而在当前的发展条件下，数字信号处理器作为变频技术中的关键要素，不仅可以快速进行信息的分类和整合，还能够最快分析和处理数据[2]。在信息时代，高级专用集成电路大大提升了信息处理的速度和水平，变频技术在电气设备中发挥了越来越重要的作用，实现了以微处理器为核心的数字控制技术的应用。

2 变频技术的优点

2.1 调速

常规的三相异步电动机在使用时，如果在其中添加变频装置，就能够在相对宽松的范围内实现对转子转速的有效控制，使得该电动机具备基本的调速功能。

在矿山生产领域，一些提升机在使用的过程中依旧沿用的是转子串电阻的调速方式，这一调速方式的调速范围十分有限，且调速的精度与安全性都难以保障。在变频技术应用后，变频调速功能得以实现，有效改变了传统调速方式的限制。

2.2 节能

提升机转子串电阻调速方式下的调速性能相对较差，在调速的过程中可能会对电气设备的相关零部件造成一定的损坏，且在设备运行的过程中，电阻的存在可能会造成大量能源消耗，使得设备的整体运行效率偏低。而变频调速技术下，无论是与传统的电磁调速相比，还是跟转子串电阻调速的方式相比，其节能效果都非常好，变频调速技术下的电能浪费现象大大减少[3]。

在矿山生产领域，在风机、压缩机等设备运行过程中，流量控制都是非常关键的，最为常用的方式是通过控制阀门开度来实现对流量的精准控制，这一控制方式的安全性和经济性都相对较差，而变频控制下不仅具有自动化控制的特征，还能够大大节约能源资源。

3 变频节能技术在矿山机电设备中的应用

3.1 在矿山提升机上的应用

在矿山生产领域，提升机是不可或缺的机电设备。在具体的应用过程中，提升机在矿山生产中的作用是实现提升运输，比如，可以将人员或设备、材料在地面与矿井下进行运输。从矿山生产的整体情况来看，提升机能否保持安全稳定的运行状态，将会与矿山生产效率和安全息息相关。在传统的提升机设计里，电阻器直接与电机转子电路相连接，使得在调速控制的过程中，主要是借助于接触器与鼓控制器来直接切断电阻器，虽然可以在一定程度上满足调速控制的需求，但由于是反复对电阻器的切断处理，极易引起电阻器故障，难以达到设备稳定运行需求，在此种调速控制方式下，接触器和电阻的反复接触也会产生大量热量，难以保障设备良好的散热效果[4]。此外，电阻调速方式下，由于存在设计的局限性，使得提升机的调速范围十分有限，调速的精度与稳定性方面都存在着一定的缺陷，尤其是当设备处于减速或者分散运行状态下时，强制减速需通过制定电流的科学控制来实现，这一方式下，设备的运行寿命难以保障，且电能消耗非常大。

如果在提升机中使用的是变频控制技术，就可以有效避免传统调速方式下的各种问题，在变频技术应用后，完全可以满足无极调速的要求，调速的范围更广，动力输出更具稳定性，也就可以使提升机的运行更为安全、稳定与可靠。与传统的调速方式、制动模式不同，变频技术下的电气制动控制，可以避免对设备零部件所造成损坏，使设备维持最佳运行状态。总体上来看，变频技术下的提升机精度控制更为便捷与精确。

3.2 在井下通风系统中的应用

在井工矿生产作业过程中，常常会面临复杂的生产条件，伴随着各种生产作业的进行，在矿井中会产生有毒有害气体，再加上矿井内部属于封闭性，如果不能保证良好的通风条件，可能会给整个矿山的安全生产带来不利影响，甚至会造成严重的生产事故。因此，在井下通风系统中，风机是其中的关键设备，由于矿井内的空间相对较大，如果要满足通风需求，需配备大功率风机，如果频繁启停该大功率风机，会给风机寿命造成严重的影响，且在启停过程中能源消耗将非常严重。因此，在当前矿山行业转型发展的过程中，风机的节能改造将是重点。矿井作业中，风机处于高强度、高负荷的运行状态下，如果要始终维持其最为理想的运行状态，就需要对风机功能加以有效调节与控制，通过这一方式来保障风机的运行效率，最大程度上保障风机在矿井作业中的作用[5]。变频控制在井下通风系统中的应用，有效提升了风机运行的效率，能够降低风机运行时的能耗，调整风机在不同情况下的转速。具体实现时，要在原有的通风系统中添加变频控制装置，尽可能使得风机实现连续、平滑的调节控制，使得满足各种风力需求。因此，变频技术在通风系统中的应用，可以有效节约倒换风机的时间与费用，还可以使得风量供应更为灵活与便捷，保持通风系统的可靠运转。

3.3 在通风机中的应用

近年来，随着各个矿井深度的逐步增大，在矿井作业过程中，风压井的数量也逐年增加，如果要完全满足生产的现实需求，现场就需要配备更高功率的风机，以充分保障矿井内风压。

一般情况下，如果贸然增加风机的功率，势必会导致矿井生产中由于风机功率增大所引起的能耗，同时风机的稳定性也难以维持。而变频技术是一种十分有效的技术，其在具体的应用过程中，即使风机的功率不发生变化，也可以保证风力输送的高效率，因此，变频技术成为了矿井现代化生产中的重要技术之一，在通风机运行过程中，变频装置完全可以根据矿井中的风量需求，来灵活调整风机的运行状态，满足生产需求。此外，如果矿山企业可以对设备逆变器的适当改造，就可以实现设备软启动，在启动的同时电流也得到有效控制，避免启动时电流过大对设备造成损坏。

3.4 在皮带机中的应用

现阶段，皮带机同样是矿山生产中的重要机电设备，为满足生产需求，皮带机的功率往往非常大，通过绕线电机经转子绕组来实现机器运转和工频运行，最后经由液力耦合器来最终转换于皮带机中。皮带机在运行时，滚筒转动是关键，滚筒转动的过程中存在着一定的摩擦力，有效带动了张力变形，进而使得皮带在滚轴上可以正常运转。矿山皮带机在传统的运行过程中，多以减压空载启动、转子串接电阻的方式来进行控制，在启动的过程中伴随着极大的启动电流，对电机内部存在着较大的冲击力，长时间的这种情况使得皮带在短时间内极易出现严重的老化与断裂，不能维持最佳运行。