李忠仁

（四川省煤炭設計研究院 四川成都 610091）

摘要：伴隨著我國煤礦行業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的新技術(shù)、新工藝、新設備得到廣泛的應用，特別是變頻控制技術(shù)的應用具有重要意義，其中，變頻控制技術(shù)的工作原理主要是通過復雜的步驟，從而實現(xiàn)一種頻率電源向另一種頻率電源的轉(zhuǎn)換。然而，我國的煤礦地基非常大，且變頻器的數(shù)量一直處于不斷增加的狀態(tài)，從而推動變頻控制技術(shù)的進步與發(fā)展。伴隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，推動變頻器的進一步發(fā)展，其作為重要的煤礦機電設備得到十分廣泛的應用。本文主要針對于煤礦機電設備中的變頻控制技術(shù)展開分析。

關鍵詞：變頻控制技術(shù)；煤礦機電設備；應用

引言

近年來，隨著變頻技術(shù)的不斷成熟與完善，其在電力行業(yè)、機械行業(yè)以及其它各個行業(yè)都得到了廣泛的應用，并取得了很好的成績。也正是因為如此，變頻技術(shù)將廣泛地應用在社會的各行各業(yè)中。在煤炭領域中，變頻技術(shù)的應用范圍也是比較廣的，并充分發(fā)揮了其應有的價值，特別是存在露天礦井中以及在生產(chǎn)系統(tǒng)的電能設備中。因為變頻技術(shù)的出現(xiàn)解決了很多實際問題，大大提高了煤炭行業(yè)的生產(chǎn)效率。鑒于此，進行有關煤礦機電設備中變頻技術(shù)應用的研究是具有實際價值的，下文將具體分析和研究變頻技術(shù)的應用情況。

1變頻控制技術(shù)

在進行煤炭開采的過程中，大部分開采機械并不是在滿負荷情況下運行的，所以減少機械耗電量的同時，不能降低機械的工作效率，所以這時將變頻技術(shù)引入到煤礦企業(yè)的機電工程中就可實現(xiàn)節(jié)能減排的要求，降低開采成本。所謂變頻技術(shù)并不是指一種單一的技術(shù)，而是多種技術(shù)的綜合，主要包括以下幾種，分別是數(shù)控技術(shù)、電力電子技術(shù)及電機傳動技術(shù)等。機電工程中的變頻技術(shù)工作原理主要指的是在機械中安插一些半導體的構(gòu)件，利用工頻電流信號將統(tǒng)一頻率轉(zhuǎn)化為不同的頻率。綜上所述，通過變頻技術(shù)可使電機在不影響工作效率的情況下，節(jié)約能源。

2變頻技術(shù)的發(fā)展原理

隨著科技的進步，電力電子技術(shù)和控制理論也隨之飛速發(fā)展，變頻技術(shù)的相關知識也逐漸進入到了各個行業(yè)中，其應用范圍也越來越廣泛。從功率器件方面出發(fā)，隨著 GTR、IGBT 的出現(xiàn)，該技術(shù)逐漸成為了智能功率模塊（IPM）非常重要的部分；控制理論方面，在壓頻比（U/f）這種控制方式上獲得了非常大改善，并且矢量控制和轉(zhuǎn)矩直接控制方式也同時成為了實際變頻器中的重要技術(shù)，而新技術(shù)更是將模塊自動化控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等控制方法作為了重點的研發(fā)方向；并且隨著調(diào)速系統(tǒng)的集成度越來越高，單片機的出現(xiàn)成功引導了該技術(shù)逐漸成熟，并成功做出了數(shù)字信號處理器（ DPS），之后又成功產(chǎn)生了精簡指令集計算機（RISC），最后高級專用集成電路（ASIC）也出現(xiàn)在行業(yè)中；從功能這個角度出發(fā)，我們可以看到變頻器的綜合化性能也隨著技術(shù)的發(fā)展越來越高，不僅能夠完成調(diào)速功能，同時也能夠完成內(nèi)置的可變程序、參數(shù)辨識等各項功能。

電力電子技術(shù)、電機傳動技術(shù)等方面的綜合型應用屬于交流變頻調(diào)速技術(shù)，該技術(shù)是一項能夠充分融合機電與強弱電混合的綜合性技術(shù)。該技術(shù)實質(zhì)主要是通過將電力半導體器件切斷、結(jié)合來改變工頻電源進而有效形成不同頻率的電能控制裝置，而該技術(shù)的主要工作原理是將工頻交流電壓通過有效的方式轉(zhuǎn)變成直流電壓，再結(jié)合逆變器的頻率及電壓進行調(diào)整，使得這種可以改變的交流電壓能夠成為交流電機的主要驅(qū)動來源，進而使電動機能夠獲得不同電壓及電流，這是一種低廉且低耗的調(diào)速方式。變頻調(diào)速技術(shù)能夠通過改變電機負載來改變自動、平滑的增加或減少速度，使生產(chǎn)效率能夠得到快速提高，為此，該技術(shù)在能源形勢日漸嚴峻的今天，獲得了廣泛的關注，并得到了不斷發(fā)展。

3 變頻技術(shù)在煤礦機電設備中的應用

3.1在提升機中的應用

在煤炭開采的工作中，需要頻繁地使用提升機來到達各工作地點，并且需要使用提升機來完成對開采工具、材料以及煤炭材料的運輸，因此，提升機對于每一個煤炭企業(yè)來說都是必不可少的設備之一。一般來說，提升機具有以下兩個特點：提升機的運動情況比較復雜；提升機的啟動以及停止行為比較頻繁。提升機在工作時，主要是利用安裝在機械設備內(nèi)部的金屬電阻來完成對提升機的調(diào)速，而電機的轉(zhuǎn)速主要取決于該金屬電阻的阻值大小，因此，提升機在工作時就會消耗大量的電能。這種傳統(tǒng)的調(diào)速方法過于依賴額外動力來制動電源從而完成提升機的工作，安全性能較差。為了提高提升機在運行中的安全性并降低工作時對于電能的消耗，相關技術(shù)人員可以將變頻技術(shù)應用到煤礦提升設備中，從而最終實現(xiàn)對提升機的優(yōu)化。

3.2采煤機中的應用

采煤設備構(gòu)成較為繁瑣，很多作業(yè)環(huán)境惡劣的地區(qū)利用采煤機對整個作業(yè)的效率提升有極大的作用。采煤設備作為煤礦開采的主要機器，如果出現(xiàn)問題則對全礦生產(chǎn)有很大的影響。如今采煤設備經(jīng)過革新與優(yōu)化，其性能愈加完善，但是其出現(xiàn)的問題也愈加復雜，在很大程度上提高了維護修理工作的的難度。采煤機中運用變頻技術(shù)使得采煤設備的變頻調(diào)動速度體系得到了優(yōu)化，從“一拖二”向“一拖一”發(fā)展，部分變頻設備（如能量回饋型四象限變頻器等）快速發(fā)展，由此提高了工作效率。提升了工作效果，延長了機器的使用期限，降低損耗，使得操作系統(tǒng)簡單便于運用。

3.3在帶式輸送機中的具體應用

帶式輸送機是井下主要的煤炭運輸設備，是通過驅(qū)動輪與膠帶之間的摩擦來轉(zhuǎn)動的，當帶式輸送機啟動時，需要電機提供很大的扭矩以便帶動膠帶運轉(zhuǎn)，將造成電路中的電壓瞬間增大，膠帶易老化斷裂，而耦合器產(chǎn)生很多的熱量，也會造成機器設備的老化與損壞，最終導致帶式輸送機的性能下降。將變頻技術(shù)應用到帶式輸送機中，在開始運轉(zhuǎn)時會更加穩(wěn)定，對電能的使用也會更加高效，實踐顯示應用變頻技術(shù)的帶式輸送機會使得電能的使用效率大大提高。

3.4變頻技術(shù)在風機中的應用

在煤炭開采過程中，需保證井下的通風需求。由于工業(yè)技術(shù)水平限制，礦井內(nèi)通風的設計方案也比較多，現(xiàn)階段主要是通過調(diào)整煤礦風機的位置來保證礦井內(nèi)通風狀況，在位置移動過程中，不可避免就會給煤礦風機造成不必要的磨損，同時，不同位置需要煤礦風機的頻率也不相同，頻繁更換位置及頻率會影響煤礦風機使用效率。如果在使用煤礦風機的過程中加入變頻技術(shù)，就可使通風問題在開采過程中得到很好的解決，變頻在風機中的應用主要是使風機能在高效區(qū)運行，提高幾個百分點就會節(jié)約很多電能。使風機在高效區(qū)運行主要是通過調(diào)節(jié)角度和運用變頻技術(shù)，這樣能夠有效的減少一些不必要的資源的浪費，同時保證了煤炭開采順利進行。endprint

3.5變頻技術(shù)在煤礦空氣壓縮機中的應用

經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，井下風動工具在使用過程中需用到空氣壓縮機和交流電機，長時間處于工作狀態(tài)。現(xiàn)階段，空氣壓縮機在運行過程中會設置上限和下限，如果交流電機在工作過程中超過了空氣壓縮機所規(guī)定的上限，那么空氣壓縮機就會自動將進氣閥門關閉。此時，空氣壓縮機不產(chǎn)生壓縮氣體，所以電動機處于空載狀態(tài)，一定程度上造成了資源浪費。反之，如果達到了設定的下限值，那么空氣壓縮機就會打開進氣閥，產(chǎn)生壓縮氣體，使電動機處于重載狀態(tài)。在實際使用過程中，由于很難對空氣需求量進行評估，所以使得空氣的需求量與生產(chǎn)量不能對等，會造成供應不及時或資源的浪費，同時還會由于經(jīng)常更換空氣壓縮機的頻率使得空氣壓縮機毀損。如果在空氣壓縮機使用過程中加入變頻技術(shù)，那么，可有效控制空氣的產(chǎn)生量，同時可防止由于經(jīng)常更換頻率造成的對空氣壓縮機的損壞；同時，加入變頻設備以后，空氣壓縮機便于操作，準確性也有所提高，同時也比較好維護，在使用過程中不需人為對空氣壓縮機進行頻繁改動，針對不同的開采條件可預先設置使用頻率。變頻技術(shù)的加入能從根本上解決傳統(tǒng)空氣壓縮機加載和卸載供氣的控制方式，通過調(diào)整電機用氣量進對轉(zhuǎn)數(shù)進行自動調(diào)控，保證空氣壓縮機能順利進行，減少啟動次數(shù)及資源的浪費。

4變頻技術(shù)在中國煤炭產(chǎn)業(yè)中的應用展望

當今，變頻控制技術(shù)還在不斷成熟的過程中，因此在煤礦機電設備中的應用也會不斷更新和進步，在中國這一技術(shù)還沒完全在煤炭開采行業(yè)得到普及，因此，變頻控制技術(shù)在中國煤礦機電設備中的發(fā)展還具有較大潛力和空間，對其有以下幾方面的展望：a）需求量非常大。由于中國煤炭業(yè)相對比較發(fā)達，有眾多煤炭開采公司，所以要進行技術(shù)變革就需要大量變頻器，廣闊的市場在很大程度上促進了變頻控制技術(shù)發(fā)展；b）增強適應性，擴大適用范圍。如果變頻器能生產(chǎn)出各種型號的產(chǎn)品，就能實現(xiàn)與煤礦開采過程中所需各種機電設備的匹配，那么它的推廣空間就會更加廣闊；c）重視網(wǎng)絡化和多功能化的更新。在電子技術(shù)迅猛發(fā)展的大環(huán)境下，也推進了變頻器的控制及使用朝著多功能的方向發(fā)展，而目前隨著對變頻器的大力推廣使得其成為了煤礦網(wǎng)絡化管理中的關鍵模塊。

結(jié)語：變頻技術(shù)在煤炭領域的應用越發(fā)廣泛，具有非常大的潛力。在提倡節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)在，煤炭行業(yè)要實現(xiàn)綠色發(fā)展，獲得長足進步，就必須靈活應用變頻技術(shù)，提高機電設備的應用效率，為企業(yè)與社會提供更優(yōu)質(zhì)的服務，提高中國整體的效益水平。

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