礦山機(jī)電設(shè)備變頻控制技術(shù)分析

劉占波 宗海東 魏志慧

[摘? ? 要]在礦山開采過程中，由于礦山機(jī)電設(shè)備所消耗的能源較大，產(chǎn)出和消耗不成比例，因此受到人們的廣泛關(guān)注。近年來，我國在變頻控制技術(shù)方面的資金與精力投入不斷加大，且把此種控制技術(shù)推廣到機(jī)電生產(chǎn)與礦山領(lǐng)域，合理化應(yīng)用變頻控制技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備功耗的合理化控制，有利于延長(zhǎng)機(jī)電設(shè)備的實(shí)際使用壽命，也推動(dòng)了我國礦山產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)此，本文就礦山機(jī)電設(shè)備變頻控制技術(shù)展開了相關(guān)的分析與研究。

[關(guān)鍵詞]礦山;機(jī)電設(shè)備;變頻控制技術(shù)

[中圖分類號(hào)]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）03–000–03

[Abstract]In the process of mining， the energy consumed by mine electromechanical equipment is relatively large， and the output is disproportionate to the consumption， which has attracted widespread attention. In recent years， Chinas capital and energy investment in frequency conversion control technology has continued to increase， and this type of control technology has been extended to the fields of electromechanical production and mining. The rationalized application of frequency conversion control technology can realize the rationalization of the power consumption of electromechanical equipment. Control is conducive to extending the actual service life of electromechanical equipment， and it also promotes the further development of China's mining industry. In this regard， this article has carried out relevant analysis and research on the frequency conversion control technology of mine electromechanical equipment.

[Keywords]mine; electromechanical equipment; frequency conversion control technology

礦山產(chǎn)業(yè)為整個(gè)社會(huì)和工業(yè)發(fā)展提供了一定的能源，是我國的重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，且我國礦山企業(yè)擁有相對(duì)先進(jìn)的設(shè)備與技術(shù)。如今，人們對(duì)能源的需求量逐步增加，且礦產(chǎn)資源的產(chǎn)量也受到了國家的重視，對(duì)此，將相關(guān)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到礦山機(jī)電設(shè)備中具有重要意義。其中以變頻控制技術(shù)為典型的科技元素逐步被注入到礦山機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)中。目前，礦山數(shù)量在不斷增加，變頻控制技術(shù)在整個(gè)礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用，大大提高了機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率。

1 變頻控制技術(shù)的基本原理與發(fā)展現(xiàn)狀分析

通常情況下，礦山機(jī)電設(shè)備無需長(zhǎng)時(shí)間且滿負(fù)荷的運(yùn)行，為了滿足礦山開發(fā)與資源保護(hù)的基本要求，可將變頻控制技術(shù)應(yīng)用到礦山開發(fā)之中，以防止機(jī)電設(shè)備產(chǎn)生過剩的力矩。變頻調(diào)速技術(shù)主要包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。在變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用的過程中，主要是將機(jī)械設(shè)備與強(qiáng)弱電技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，以形成一種強(qiáng)大而創(chuàng)新型的技術(shù)體系。

1.1 變頻控制技術(shù)的基本原理

1.1.1 電壓轉(zhuǎn)換與調(diào)速

（1）變頻控制技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)電子技術(shù)、危機(jī)管理技術(shù)和電子傳輸技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，機(jī)電設(shè)備主要利用電能實(shí)現(xiàn)混合處理的綜合技術(shù)。其主要目的是利用功率半導(dǎo)體器件的實(shí)際開關(guān)效應(yīng)，使工頻電源及時(shí)轉(zhuǎn)換為另一種變頻調(diào)速裝置。

（2）變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用，.主要是將變頻技術(shù)轉(zhuǎn)化為一般的電流和電壓，通過改變其頻率來實(shí)現(xiàn)互用。在這一過程中，交流電壓成為實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的重要驅(qū)動(dòng)電源，電壓的基本要求也達(dá)到了無損調(diào)速的目的。

1.1.2 提高整體性能

結(jié)合變頻控制技術(shù)的基本運(yùn)行原理，通過調(diào)速的方式來應(yīng)對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備的基本負(fù)荷變化，以達(dá)到自動(dòng)加減速的效果，有利于提高礦山的基本運(yùn)行效率。變頻控制技術(shù)的應(yīng)用就是矢量控制與轉(zhuǎn)矩直接控制的有機(jī)結(jié)合，而共同研發(fā)的智能化自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要是借助數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)與單片機(jī)通過集成電路來科學(xué)的進(jìn)行調(diào)速，從而達(dá)到參數(shù)識(shí)別與合理化編程，以達(dá)到智能化管理效果，更好的應(yīng)用到礦山機(jī)電設(shè)備之中。

1.1.3 變頻控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

目前，變頻控制技術(shù)仍舊處于積極發(fā)展的狀態(tài)，最關(guān)鍵的是核心功率器件進(jìn)一步的發(fā)展。變頻控制技術(shù)具有很好的智能化優(yōu)勢(shì)，旨在達(dá)到直接控制的目的，從而體現(xiàn)變頻調(diào)速的高效性。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的逐步發(fā)展，電子信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和大功率輸出技術(shù)的應(yīng)用，使變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用有了很大的突破。目前，各個(gè)行業(yè)都在積極地推進(jìn)環(huán)保工作，通過相關(guān)的分析可得知，電氣設(shè)備、采礦、機(jī)械與礦山的能耗量比較大，會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)，從而影響到人們的實(shí)際生活，這主要是由于壓氣、通風(fēng)等設(shè)備會(huì)耗費(fèi)大量的電能。為優(yōu)化與完善變頻控制技術(shù)，使其能夠更大程度處理好節(jié)能問題，從而獲得理想的效果。近些年來，通過對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)與設(shè)計(jì)，促使變頻控制技術(shù)更好地應(yīng)用到智能控制系統(tǒng)之中，使得變頻技術(shù)在機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用范圍逐步拓寬。借助變頻控制技術(shù)能提高開發(fā)效率，有利于推動(dòng)礦山運(yùn)行系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。把變頻控制技術(shù)應(yīng)用在礦山機(jī)電設(shè)備中，能有效提高內(nèi)部編程效率，能精準(zhǔn)識(shí)別各項(xiàng)參數(shù)性，便于煤礦機(jī)電設(shè)備安全而穩(wěn)定的運(yùn)行。

2 礦山機(jī)電設(shè)備變頻控制技術(shù)的應(yīng)用

2.1 變頻控制技術(shù)在提升機(jī)中的應(yīng)用

在礦山運(yùn)行系統(tǒng)中，提升機(jī)具有高度的存在價(jià)值，其主要負(fù)責(zé)人員與物料的安全運(yùn)輸，在整個(gè)礦山生產(chǎn)體系中發(fā)揮著十分重要的作用。通常情況下，先通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路與金屬電阻器進(jìn)行有效地連接，利用接觸器關(guān)閉電阻或鼓型控制器來調(diào)節(jié)速度，由于電頻范圍不造成的電阻消耗過大、散熱性較差，且精度比較低等問題，在提升機(jī)下坡或減速段所設(shè)置的直流電源與低頻電源，容易造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。將變頻控制技術(shù)應(yīng)用到提升機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)，主要是能夠從根本上排除一系列的缺點(diǎn)，以達(dá)到無極加速與減速的目的，以提高系統(tǒng)的保護(hù)性能，其主要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)如下：

（1）相關(guān)的編程工作可通過程序員的具體指令來完成，為控制與處理好繼電器的邏輯關(guān)系，電路圖和梯形圖之間的有效轉(zhuǎn)換更容易控制。

（2）由于外部線路繼電器的實(shí)際數(shù)量大大減少，其所占據(jù)的空間也在逐步下降，使得維護(hù)成本與故障發(fā)生概率大大降低。

（3）借助觸摸屏與編程器能夠很好的檢測(cè)出系統(tǒng)存在的故障，能及時(shí)檢測(cè)出機(jī)械故障與電氣故障。

（4）擴(kuò)展性能與控制精度大大提高。為更好的修改內(nèi)部程序，其在不改變硬件連接的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能參數(shù)的不斷變化，以達(dá)到柔性控制的目的。

（5）當(dāng)提升機(jī)處于一種負(fù)力狀態(tài)之下，電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的再生能量會(huì)回饋給電網(wǎng)，能有效節(jié)約電能，且由于自動(dòng)力矩的逐步增加，促使轎車安全性能逐步提高。

（6）變頻控制技術(shù)的應(yīng)用，有利于促進(jìn)提升機(jī)速度的控制與制動(dòng)，可大大降低系統(tǒng)設(shè)備的磨損率，能有效延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命。

2.2 變頻控制技術(shù)帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用

帶式輸送機(jī)的功率大于提升機(jī)的基本功率。它主要是通過繞線電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞線來達(dá)到工頻運(yùn)行的基本目的，并通過液力偶合器輸送到帶式輸送機(jī)部分。帶式輸送機(jī)的基本工作原理主要是利用輪轂的有效轉(zhuǎn)動(dòng)、摩擦驅(qū)動(dòng)和張力變形使皮帶在滾筒上運(yùn)動(dòng)。傳統(tǒng)的礦石輸送帶由于大電流起動(dòng)，運(yùn)行質(zhì)量和傳動(dòng)效率容易受到熱機(jī)械沖擊和電機(jī)電壓波動(dòng)的影響。由于啟動(dòng)時(shí)間較短，皮帶斷裂老化，對(duì)皮帶韌性要求較高。此外，液力偶合器使機(jī)械零件的磨削程度逐漸提高，容易出現(xiàn)內(nèi)部溫升、運(yùn)轉(zhuǎn)不良等各種問題，也極易造成更嚴(yán)重的環(huán)境污染。如果要解決液力偶合器的啟動(dòng)問題，可以將變頻技術(shù)引入帶式輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟停軟啟動(dòng)，使帶式輸送機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)。通過調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩和頻率，改變和優(yōu)化電機(jī)的工頻恒速運(yùn)行方式，不僅可以降低能耗，而且可以大大提高帶式輸送機(jī)的運(yùn)行功率。

2.3 變頻控制技術(shù)在井下絞車電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到電控系統(tǒng)與保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)，不過要注意各項(xiàng)細(xì)節(jié)，要求輸入電源是660V，頻率為50Hz，而輸出功率則要調(diào)整到0～50W，而電壓變動(dòng)則要控制在-15%～10%，頻率調(diào)控到-2.5%～2.5%，需要強(qiáng)化過載能力，在負(fù)載變化方面，最低為-120%，最高荷載為120%的額定負(fù)載，從而滿足四象限運(yùn)轉(zhuǎn)的條件。此外，還支持自動(dòng)轉(zhuǎn)矩的提升，在低頻運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，能夠保證額定轉(zhuǎn)矩，可對(duì)元件過熱問題展開規(guī)范化的處理。當(dāng)控制箱選擇快開門方式時(shí)，電氣控制應(yīng)選擇雙PLC數(shù)字控制系統(tǒng)。硬件電路應(yīng)強(qiáng)化對(duì)絞車的規(guī)范化控制，以達(dá)到數(shù)字化監(jiān)控的目的。此外，當(dāng)PLC遭遇故障時(shí)，需要進(jìn)行穩(wěn)步地提升。在整個(gè)控制系統(tǒng)之中，需要對(duì)相關(guān)的操作進(jìn)行合理化的配置，還要及時(shí)配備一定的保護(hù)設(shè)備。另外，應(yīng)支持一定的保護(hù)試驗(yàn)。若信號(hào)未發(fā)出，不可啟動(dòng)車輛，且信號(hào)發(fā)出時(shí)間≥30d?；诖?，才能實(shí)現(xiàn)圣光信號(hào)與控制回路正常閉鎖，且電流溫度等相關(guān)指標(biāo)也變得更加直觀。

2.4 變頻控制技術(shù)在通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

通風(fēng)機(jī)是礦井中的核心設(shè)備，其在整個(gè)礦物生產(chǎn)過程中發(fā)揮著十分重要的作用。通風(fēng)機(jī)是十分重要的通風(fēng)設(shè)備，其運(yùn)行時(shí)間比較長(zhǎng)久，因被稱為呼叫系統(tǒng)。在新時(shí)期，伴隨著采礦與挖掘工作的逐步推進(jìn)，風(fēng)壓逐步加大，所需功率也大大增加。因此，在礦井下作業(yè)時(shí)，必須要保證通風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行功率，才可保證礦井作業(yè)的高效性。使用變頻控制技術(shù)對(duì)礦山通風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，會(huì)借助巷道風(fēng)量需求的有效預(yù)測(cè)來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，可大大減少能耗量，其具體實(shí)施效果也比較理想。借助變頻技術(shù)來完善通風(fēng)機(jī)后，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻的軟啟動(dòng)，電流沖擊也逐步減弱，大大緩解了對(duì)整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備所產(chǎn)生的影響，還能隨時(shí)停止與啟動(dòng)。一般來講，通風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度相對(duì)較低，使得通風(fēng)機(jī)的實(shí)際工作強(qiáng)度大大降低，可有效延長(zhǎng)通風(fēng)機(jī)的實(shí)際使用年限，減少維護(hù)次數(shù)。此外，為確保電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的一致性，在正常運(yùn)作條件下，確保兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率盡可能保持一致，防止形成一定的風(fēng)阻而導(dǎo)致風(fēng)扇運(yùn)行受到影響。

3 結(jié)語

綜上所述，變頻控制技術(shù)具有安全、高效而便捷的優(yōu)勢(shì)，其被廣泛的應(yīng)用到各領(lǐng)域內(nèi)。在煤礦開采過程中，會(huì)耗費(fèi)大量能量，且電耗是很大的。但在能耗系統(tǒng)中，能源浪費(fèi)問題還是相當(dāng)突出的。將變頻控制技術(shù)應(yīng)用到煤礦機(jī)電設(shè)備之中，占用空間小、方便拆卸、操作簡(jiǎn)單、速度可調(diào)節(jié)等是其重要優(yōu)勢(shì)，尤其是能達(dá)到一定的節(jié)能效果，能大大減少煤礦生產(chǎn)的能耗率。相信不久的將來，我國科學(xué)技術(shù)可以得到進(jìn)一步地發(fā)展，可不斷深化與提升變頻控制技術(shù)，從而獲得機(jī)電設(shè)備應(yīng)有的成效。

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