探析煤矿机电设备中变频技术的实践应用(全文)

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摘要：近年来，随着我国经济水平的不断提升，许多新技术也逐渐出现在大众视线中。变频技术指改变供电频率、调节负载，进而起到降低功耗、减少损耗以及延长设备使用寿命作用。此技术在煤炭开采设备中的应用也相对广泛，提高了煤矿机械设备的自动化程度和使用效率，最重要的可以帮助煤炭企业实现增值和节能的目的。本文则主要以变频技术原理及发展为切入点，重点分析此技术在煤矿机械动力负荷设备和流体负荷设备中的应用，以供参考。

关键词：煤矿机电；变频技术；应用

经济的快速发展也相应的刺激的煤炭市场的扩展，然而可利用煤炭资源随着各地煤矿资源的不断开采和各企业之间的竞争日渐激烈，资源短缺矛盾也逐渐凸显。目前减少机械设备的污染排放程度和节能效率是重点研究的课题之一，变频技术的出现对矿井提升机、采掘机、空压机等负荷变化较大的机电设备都起着明显的调节性能和节能效果，对促进煤矿生产企业的发展步伐都起着重要的现实意义。

一、变频技术相关概述

（一）技术原理。变频技术是一门结合机械设备和强弱电的综合性技术，其中还包括计算机技术、电力电子技术等。工频流信号通过半导体元件转换成其他频率后再转换成直电流，调节控制对电流与电压依靠的逆变器，使设备达到无极调速。有时为了实现对设备的有效合理控制，则利用电流频率和电机转速之间的同比增长关系改变电流频率，进而起到控制电机转速作用。此外，还能通过变频技术实现设备电机平稳和自动加减速控制的性能，对提高电机的工作效率都起着重要的促进作用。

（二）技术发展。变频技术在机电设备使用过程中可以通过设备负载情况实现自身功能变化，有效提高机电设备的运行效率。当前国内外针对变频技术的使用原理也取得了许多成果，然而在具体发展方面有以下几点：1）煤矿机电设备的调速系统集成化程度逐渐提高，高级集成电路和精简指令集计算机取代了传统的单片机，有效提高调速系统运行效率。2）经大幅度的技术改造后，压频比控制方式中的转矩和矢量控制在变频器中的应用也越来越普遍。3）随着变频器的综合化程度和自动化的提升，机电设备功能也相应的有所改变，从以往的基本调速功能扩展至能自主设置参数识别和通信等功能。

二、变频技术在煤矿机电设备中的实践应用

（一）机械动力负荷设备

1、采煤机。变频技术的日渐成熟已经完全能满足采煤机中电牵引的要求，电机尺寸会限制直流电牵引，所以，其功率不可能过大。交流电机功率在同样外形尺寸下可以做得更大，有利于电牵引采煤机的发展逐渐高可靠性和大功率靠拢。一般交流电牵引采煤机的变频系统结构不止一种，其中交-直-交变频调速系统因具有寿命长、性能可靠等优点，成为应用最广泛的一种。其牵引部供电方式主要依靠牵引变压器，将三相工频交流电变成幅值基本恒定的直流电，或将高压变成所需的交流电压，后经大功率晶体管变成可变频率和可变电压的交流电，实现牵引电机的无极调速。变频技术同时还具相应的保护功能，如控制电源异常，CPU控制电路异常，熔断丝切断，过热，过电流，过负荷，失速，欠压，控制电源异常等。一旦变频技术开启保护功能，变频器则会立即停止工作，其故障状态通过数码管显示，可以通过数字面板设置运行参数，实现在额定转速下采煤机依旧可以恒定转矩调速。

2、提升机。矿井提升机是用一定的装备沿井筒运出废石、矿石、材料、设备等运输环节，是地下矿山运输的主要设备。由于矿井系统具有运行速度快、控制复杂、惯性质量大等特点，会经常交替转换工作状况无论哪种提升机都对电气转动有极高的要求，如果电气传动系统可靠性较低，会影响到矿山生产效率和正常运行。目前，我国地下矿山矿井提升机的电气传动系统主要采用直流传动系统，但存在着直流电动机固有的维修工作量较高、效率不高等缺点。如果提升机没有按照预定的速度曲线运行，失去控制，不可避免的会发生过卷和提升机超速事故，威胁矿井工作人员生命安全。一些中小型提升机则多采用交流电气传动系统，然而这种电气传动系统的调速性能差、效率低等缺点，如果在电动机转子电阻上消耗大量电能，会影响设备的正常运转。将变频技术应用矿井提升机是今后提升机发展的新动向，变频技术在提升机的应用主要以高压变频调速控制系统和PLC控制系统为主，前者通常采用单元串联多电平的四象限高压变频控制系统，不仅可以增强系统的抗干扰能力和安全性，最主要是有利于提高高压主电路和低压控制电路之间的通讯能力。后者系统已经基本实现PLC控制，绞车系统的保护功能与电磁兼容性的基本技术要求相符，强化了提升全过程的位置控制、速度控制及对动态画面的监视。

3、井下传送带。矿井井下煤炭运输的主力为带式运输机，其基本功能是在相距较远的工作点之间输送物料，使驱动装置和物料运载装置分离，避免撒料、皮带打滑或跑偏，保证煤炭在传输带上连续运输。在井下传送带中应用变频技术能有效实现皮带机的软启动，还可增加设备在启动和运行过程中稳定性，变频技术的应用还能提升能量的利用率，在设备运行的整个过程中能源利用率能够达到90%以上，对降低能源消耗起着积极的促进作用。此外，若将变频器安装在传送带上就可以及时将电机产生的多余负力输送至电网中，通过此方式减少传送带上的热力损耗。

（二）流体负荷设备

1、煤矿通风机。煤矿通风机器主要包括主风机和局部通风机，主风机一般安装在地面，多为抽出式，会有会风井和井风井，并会在井下形成全负压通风系统。局部通风机安装在井下，多为压入式，主要用于巷道掘进中。煤矿通风机的作用主要用于稀释及排出井下有害气体，为井下提供新鲜风流，并起到降温作用。随着不断延伸的开采和掘进工作，尽管风量不变，然而井下所需的风压要求却不断增加，随之增加就是风机所需用功率。在应用变频技术后，可根据巷道的风量需求对其进行调节，尤其变频节能运行能节约大量能源，改变风机以往的满负荷工作状态。一些风机经变频器改造后，所实现的变频软起动不仅不会冲击电网，还可随时停止。

2、水泵。水流量在煤炭生产过程中是根据实际开采需要运行的，通常会处于一个变工况的运行状态，会通过机械对阀门的开度进行调节，进入实现水泵。在长期运行状态中，水泵的效率会不断降低，寿命也不如设备初期。将变频技术应用于水泵设备中主要依靠PLC控制器和变频器，PCL控制器的加入会使变频器更加灵活和智能，保证生产的安全高效运行。变频器能灵活的控制抽水泵的平滑起停，降低了泵空转时间和频繁起停所带来的大量消耗，保证井下液位恒定的同时降低机械设备的损耗。

三、结语

总之，变频技术在当前煤矿机电设备中应用越来越广泛，它不仅有效降低了机电设备的磨损，还很好的控制了机电设备的转动速度，许多机电设备在生产中出现的操作问题都可通过变频技术解决，提高了设备运行性能。此外，变频技术在未来发展应不断加强其专业化，配置特殊功能的专业变频器，实现网络化变频器控制，促进此技术发挥出更佳的作用，为煤炭企业实现经济效益。

参考文献：

探析煤矿机电设备中变频技术的实践应用

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