矿山机电设备变频控制技术原理及应用研究

胡永迁 牛玉西

摘 要：煤矿生产是一种典型的大能耗生产过程，能耗所带来的费用一直是煤矿生产成本的重要构成部分，因此实现能耗的有效降低对于煤矿生产的持续开展和效益提升具有意义重大。变频技术在煤矿矿区地面和井下的提升、通风、采煤、运输、选煤等各种矿山设备控制系统得到了广泛的应用，具有明显的节能效果和优越的调节性能。本文首先阐述了变频控制技术的基本原理，并在此基础上，对矿山机电设备变频控制技术的应用进行了分析与研究。

关键词：矿山机电设备;变频控制技术;工作原理

随着科学技术的快速发展，变频控制技术的发展也日新月异。矿山机电设备变频控制作为一种综合性的技术应用手段，能全面提升矿山的开采质量和效率，在提高工作效能上具有很大的作用。尤其是现代信息技术手段，包括自动化控制技术、大功率输出技术的迅速发展，更好的促进了矿山机电设备变频控制技术的发展。通过了解矿山机电设备变频控制技术的原理，可以全面掌握变频控制技术在矿山机电设备中的应用模式，从而更好的服务矿山的技术开采。

1 变频控制技术工作原理

一般来说，在进行矿山开发时不需要使煤矿机电设备长时间高负荷工作，要注意节约资源，将变频控制技术应用在矿山开采中可以满足以上需求，从而避免煤矿机电设备产生过剩力矩。变频控制技术包括计算机技术、电力电子技术、电机传动技术，在工作过程中将机械设备和强弱电技术相结合就形成了一种综合性较强的新型技术。变频控制技术的工作原理其实就是使交流电先通过半导体，然后变为其它频率，接着再利用相关设备将交流电转化为直流电，最后再利用逆变器实现对电流和电压的调节和控制。通过上述过程就可以完成机电设备的无极调速。这种调速方式可以极大地减少损耗，节约资源的同时也减少了工作过程中对周围环境造成的影响。

此外，变频技术在矿山机电设备中的应用主要是利用了电流频率和电机转速之间的同比增长关系，因此，变频调速技术可以根据实际的工作量对速度进行改变，在工作负荷高时提升工作速度，在工作负荷较低时减小工作速度，通过上述方式，电流频率对电机实际转速形成控制，进而实现对矿山机电设备的有效控制。变频技术中的电路有四个部分： 整流、直流、控制、逆流，这几个部分相互作用、相辅相成，一起完成对矿山机电设备的控制。变频技术可以保证机电设备的有效运行，控制设备运行的速度，提高设备运转效率，节约能源，在矿山开采行业具有极大的应用前景。

近年来，研究人员还研究出了模糊自动化控制、人工神经网络等技术，在这些新型技术下，变频控制调控系统集成化的程度也有了显著的提高，一些新的控制系统例如高级专用集成电路也逐渐被应用到矿山开采中。随着变频器的不断发展和优化，一些新的功能也在原本的调速功能上发展起来。例如编程、通信等等，这为变频控制技术在矿山机电设备中的进一步应用奠定了基础。

2 矿山机电设备变频控制技术应用要点

随着我国经济发展和科技进步，各类新技术的应用促进了各行业的发展。在采矿业中，变频控制技术在矿山机电设备中的应用，延长了机电设备使用寿命，减少了能源消耗，促进了矿山开采的进步。

2.1 变频控制技术在传送以及升降设备中的应用

在礦山作业中，机电设备是必不可少的，而机电设备中有超过一半的机器都是用来对矿石、原料、工人以及其他设备等进行传送或者是升降的。所以，传送以及升降设备是矿山产业中必不可少的组成部分。在传统手段中，对升降机进行调速的控制。主要是利用电动机转子电路中进行金属电阻的嵌入，通过鼓形控制器或接触器对电阻进行切断，实现调速的目的。但是在实际应用中，电阻消耗的能源大。并且会产生很高的热量，体现出机电设备散热性比较差。再加上对电阻调速的范围是有限的，精确度不高，在进行升降活动减速运行的时候。容易对设备造成损毁，且消耗大量的电能，造成浪费。

变频技术应用在矿山设备中的升降机电路中，就能够更加方便快速的实现升降机的变速效果，并且调速系统中的稳定性能也得到了进一步的加强利用变频控制技术对后台的程序编译器进行控制，就能够对电控系统中的继电逻辑的预编译进行编辑和完成，保证控制电路能够进行快速的转变。而因为控制电路中的继电器变少了，发生故障的概率也降到最低，减少了对设备的维护和保养工作。且利用更加智能化的人机交互界面，更能够方便快捷的及时发现故障，提高了故障处理的效率。利用设备内置的控制程序，能够对电路进行升级，不需要更换系统内部的各种硬件，真正实现了对设备的柔性控制。而在电路中装置一定的反馈电力设备，更能够节约资源，降低能耗。电气设备的电子化，与传统的机械化设备相比较而言，在一定程度上降低了对设备的损耗，延长了设备的使用寿命。

2.2 变频控制技术在通风设备中的应用

除了提升机和皮带设备，变频控制技术还可以应用在通风设备中。在矿井开采中，通风机的主要功能就是使井下的空气流通，将有害的气体排出，通风换气，这和矿工的生命息息相关，所以说通风机在整个生产过程中具有极其重要的作用。当前，矿井开采的深度不断加深，这就要求通风机具有较大的功率，这种需求对于井下作业进一步的深入具有重要的影响，将变频技术应用到通风机中，可以有效满足上述需求。在实际的工作当中，变频控制技术可以根据实际需求的风量来对通风机的功率进行调节，避免对电能的浪费，保证通风机稳定运行。

此外，变频控制技术应用到通风设备中还可以有效降低设备的启动电流，减少对矿井设备的冲击，对相关设备起到保护作用，延长设备的使用寿命，同时减少企业对设备维护方面的投入，提高工作效率。

2.3 变频控制技术在采掘设备中的应用

矿山的采掘设备都是大功率的设备，所以，其变频调速的系统中，已经从原有的一对多的控制方式，发展成为现在的一对一的方式，当前变频控制技术的发展情况来看，交流变频调速的技术已经在矿山采掘设备中得到了很好的应用，尤其是在采煤机中的应用，如能量回馈型的四象限运行交流变频控制技术，能够在提前设置的额定转速的前提下，达到固定转矩调节的目的，并且能够对超出额定转述的功率调节和变频器之间的控制和转矩之间进行控制，该项技术的最大的优势就是能够将制动力矩进行调节，同时，还能够保证牵引的速度处于稳定的状态内，防止矿山机电设备出现下滑、跑车的问题简单的设备结构和简单的操作，更能够让其与现实中复杂的环境相适应。

3 结束语

综上所述，随着我国经济的发展和科学技术的进步，机电设备变频技术也得到了迅猛发展。变频技术因其卓越的调节和控制性能，被广泛应用于我国矿井生产和建设中的采矿、通风、提升、选择和运输等各种矿山机电设备控制系统当中，不仅改善了矿区的生产环境，并使煤矿企业取得了良好的节能效果。为此，必须全面了解变频控制技术的工作原理，只有这样才能将其更好地运用到各个设备当中，才能更好地发挥其优势作用，更好地为煤矿事业服务。

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