机电设备变频控制技术研究

2021-07-02兰芳

现代制造技术与装备 2021年5期

兰芳

（福建联合动力机电科技有限公司，福州 350109）

先进技术在节能方面贡献了重要力量，在煤矿产业的应用中表现优异。计算机电机技术、自动化控制技术、电子信息技术在煤矿机电设备领域的普及，促进了大功率输送技术的发展，加快了煤矿机电设备产业自动化生产的步伐。变频控制技术的普及应用，使得煤矿开采更洁净，为节能环保工作做出了突出贡献。

1 变频控制技术的工作原理

在煤矿产业生产期间，变频技术在机电设备方面主要应用了电力电子技术、微机技术和电机传动技术。在变频控制技术的实际操作中，将机电技术与其相关的强电弱电技术相互融合是关键，从而形成了一套新的行之有效的电子技术。该技术主要采用电子半导体的部分零件，利用工频电源进行转换，将其转换为需要的工作频率，形成可以控制电能的机电装置。变频控制技术的工作原理的重点在于整理工频交流电压，将其全部转换成对应的直流电压，再采用逆变器装置调节原有的频率和电压[1]。通过这些操作使得电压可调，可以作为电源被直接用于驱动电动机，并为电动机供应所需的无极调速电压和电流。变频调速控制技术的逐步推广使用，使得无附加损耗调速得以实现，成为目前煤矿机电设备重点调速方法之一。变频调速控制技术在实际操作方面应该考虑电动机的实际负载能力，根据实际负载能力进行自动、平滑的控制来达到增速减速的目的[2]。同时，尽量提高电动机的运行效率，有利于完善机电设备的实际运行效率。

2 变频控制技术的相关应用

2.1 变频控制技术应用于矿井提升机

矿井提升机在煤矿生产中有着举足轻重的地位，可以安全将员工与材料运输到目的地。传统技术采用电阻带动电机驱动，与鼓型控制器联合控制传送速度，不足在于小号电阻过多，易引起散热不良等问题，且无法精确控制调速区间，需要进行革新[3]。在矿井提升机的驱动系统中应用变频技术，可以弥补传统技术的不足。不仅可以提高器械的安全性，还可以增加器械的系统性，同时明显提升了平滑、无极变速等方面的性能。在矿井提升机的驱动系统中应用变频技术具有以下3方面优点。第一，与编程器结合。通过变更电控系统指令，实现对继电器的控制，从而实现对电路图与梯形图的灵活切换。第二，继电器操控层面无需过多的外部线路，明显降低了继电器的使用率，减少了出现故障的几率，释放了空间，有效解决了空间不足的问题。第三，通过使用编程器与触摸显示屏，可以很大程度上为处理系统故障提供方便，且处理过程更加简便，同时可以实时监测电器与设备故障。变频小型发电机的实物图，如图1所示。

图1 变频小型发电机

2.2 变频控制技术应用于皮带机

皮带机相较于提升机需要损耗更多的功率。因为摩擦力与特殊张力的相互作用，皮带的滚轴上出现了对应的运动。传统技术采用减压空载启动、转子串接电阻等方法，由于启动电流太大，使得电机内部出现高温，易导致发生机械冲激或者电压波动幅度过大等情况。此外，启动过程较快，易加速皮带的磨损衰老，甚至使皮带产生断裂，因此皮带的质量需要达标。当使用液力耦合器运行时，易加速零部件的损耗，使内部油温升高，导致维修保养更加困难，且会导致环境污染，难以控制功率匀速输出[4]。在皮带机中应用变频控制技术，可以实现软起与软停的目的，从基础上改良皮带机的总体性能。首先，从实际负载情况入手，科学调节输出频率和力矩、频率，在传统的恒速工频运行层面取得了显著成果，并为节约电能贡献了力量。其次，在运作过程中，它明显改善了工作效率，可以将工作效率提高到90%以上。最后，在变频器中，通过能量回馈功能，不仅能够节约电能，实现环保，还可节约器械维修费用。

2.3 变频控制技术应用于采煤机

在大多数时候，采煤机所需损耗的功率更大，一旦采煤机的运行不能维持在额定功率，就会导致采煤机内部线路的电流不稳定而出现局部断路情况影响采煤机的正常运作。采煤机运作的场所通常地理位置较低，环境较差。在错综复杂的环境中，采煤机面临着巨大困难。传统操作过程中难以维持电流和功率的稳定，因此一旦采煤机在坎坷不平的路面上作业，就容易出现停机甚至滑坡的情况，存在较大的安全隐患。电子自动化技术的广泛应用，尤其是对变频自动控制技术的应用，可以解决这些安全隐患，同时解决了设备能耗问题，实现节能的目标[5]。可见，变频控制技术在采煤机中的应用，不仅提高了系统总体的稳定性，也改善了采煤机的停机问题，提高了采矿运输的安全性。

2.4 变频控制技术应用于通风机

煤矿生产持续增长，导致能源损耗问题和电能浪费问题突显。在煤矿开采期间，每个步骤相互关联。一个步骤出现问题，就会影响下一个步骤的正常生产，甚至造成安全隐患。通风机在煤矿开采中具有举足轻重的地位，直接影响了许多环节的通风状况，从而影响了整个系统的散热效果。设备具有良好的散热性能是保证整个系统高效运行的关键。将变频控制技术应用于通风机，可以实现设备的稳定运行，节约电能，增强系统整体的稳定性。

2.5 变频控制技术应用于井下水泵

井下水泵在矿井中的关键作用是排水。在建井与施工期间，不同区域不同位置的含水量会有差别。季节不同也会导致涌水量不同。因此，需要按照实际的出水量，定时调节井下水泵的排水性能，了解水泵的种类与出水量的相互联系。将变频调节控制技术应用于水泵，不仅可实现对器械的改造和升级，还可以根据矿井的排水量，科学调节电机的运行功率与运行速度，从而符合矿井排水的实际需要，即科学合理地降低能耗，延长设备的使用寿命。