矿山机电设备变频控制技术分析

矿山机电设备变频控制技术分析

陈磊王森

兖矿集团东滩煤矿山东济宁273500

摘要：变频控制技术凭借其在转速、功率调节上的性能调节优势，被广泛的应用于机电设备之中。本文以矿山机电设备中的变频控制技术的应用前景为入手点，简述了变频控制技术的工作原理，概述矿山机电设备变频控制技术的应用现状和存在的主要问题，探索了在矿山机电设备中更好的使用变频控制技术的应用模式。

关键词：矿山机电设备；变频控制技术；应用分析

1变频控制技术原理及其发展

交流变频调速技术是包含了电力电子技术、点击传动技术、微机技术的综合型应用，是结合机电与强弱电混合的综合型技术。其实质是采用电力半导体器件通断作用将工频电源变换成为其他频率的电能控制装置，而基本原理是通过整理将工频交流电压转换为直流电压，再通过逆变器改变为频率、电压可调的交流电压作为交流电机的驱动能源，使得电动机得到无级调速的电压与电流，是一种无附加损耗的有效调速方式之一。变频调速技术能根据电机负载的变化来实现自动、平滑的增减速，使得工作效率大幅度提高，因此此项技术在能源危机中产生并不断发展。随后在功率器件上更换了GTR、IGBT，同时经一部发展成为智能功率模块。在控制技术上，压频比控制方式取得了很大的改进，在实际变频器中矢量控制和转矩直接控制方式的到了广泛的应用，并同时开发出了模糊自动化控制、人工神经网络等新的研究方向。调速系统集成化程度越来越高，产生了精简指令集计算机、数字信号处理器、高级专用集成电路等单片机。特别是随着变频器不断综合化，在功能上不仅完成了基本调速功能，而且还通过内置设备而具有了参数辨识、可通信、可编程序等功能。

2矿山机电设备中的变频控制技术的应用分析

在矿山机电设备中变频控制技术有着十分广泛的应用，综合来说，主要在以下几个方面得到了系统的应用。

2.1变频控制技术在传送升降设备中的应用

在矿井当中，提升机的主要任务就是负责安全输送物料以及人员，在矿井生产上具有举足轻重的地位。其一般传统型的方式就是首先将金属电阻接入当电动机转子电路内部，然后采用鼓型控制器或者接触器切除电阻来进行调速。而其中不免伴随有电阻能消耗过大、散热性能差等问题。由于电阻调速调速范围过小，也导致了精确度低的问题。在减速段和下放时需要动力制动直流电源或者是低频电源，容易造成设备的损坏，并带来了很大电能的浪费，而此时安全性能也受到了质疑。这样在一定程度上就抑制了矿山安全生产和经济运行的效率。

将变频控制技术引入到矿井提升机驱动系统当中，便从根本上避免了上述的许多弊病，不仅实现了无级平稳的加速、减速。还提高了系统的各方面性能，增强了各方面的保护，其中具体优点如下：

（1）可通过编程器指令进行程序编写，完成电控系统中的继电器逻辑关系，同时控制电路图和梯形图相互转换也十分方便。

（2）由于外部线路控制执行继电器数量少，占用实际空间随着减少，故障自然减少，基本上免除了维护。

（3）系统故障能够通过触摸显示屏和编程器直接查出，处理简单，同时检测机械、电汽方面故障。

（4）控制精度较高，可扩展性强，通过修改内部程序即可完成对系统功能参数的改变，无须更改硬件接线，真正实现柔性控制。

（5）回馈制动，提升机负力状态时，电机产生再生能量反馈至电网，明显节约了电能，与此同时，制动力矩增大，提高了绞车下方安全性。

（6）速度和制动不是通过机械来完成，而是通过电气来控制得，减少了系统冲击，减少了机械磨损，延长了设备使用寿命。

2.2变频控制技术在通风变压设备中的应用

由于矿区多为地下作业，因此，通风是需要长时间连续保障的，根据不同工作时段的要求，调节风压和风速，以适应不同工况下的空气循环要求。随着采矿作业的深入，井下的空间增大，因此，对于空气的压力和流速也需要更高，鼓风机的功率调节成为了通风效果调节的主要技术手段，通过在矿山鼓风机中嵌入变频控制技术，可以根据实时的采矿进度设置不同巷道的进风量，进而对鼓风机的风速进行调节，可以实现智能化的通风控制，大大的减少了鼓风设备的电能消耗；在鼓风机的变频控制装置中设置变频软启动功能，可以有效的防止启动电流冲击，降低了鼓风机设备启停阶段的故障风险，通过控制鼓风机转速，可以有效的降低鼓风机的工作强度，延长了鼓风机的工作寿命；同时，通过变频控制中的智能控制装置可以保证不同鼓风机组的转速一致，避免在矿区巷道内形成风阻，影响通风效果。

2.3变频控制技术应用于皮带机

皮带机是依靠机械摩擦驱动力带动重物移动从而完成运输任务的机电设备，主要通过电机带动传送带移动而达到运输的目的，具有组成结构相对简单、工作稳定性高、输送物质范围较广、输送能力较强等特点，在我国矿山工业领域应用最为广泛，发挥主要的输送功能。因此，皮带机的总体功率消耗远大于提示机和通风机等基本设备，是矿山大型机电设备中功率消耗最大的机电设备。皮带机在运行过程中需要承受重物压力产生的形变，电机表面会积累大量的热量，加速皮带机的老化。

将变频控制技术应用于皮带机中，可以根据皮带机的负载变化而调节皮带机的运行功率，一方面可以提升皮带机的运行稳定性，减少不必要的因素干扰给皮带机带来的破坏性；另一方面可以在满足输送需求的前提下达到节能环保的要求，同时可以减少不必要的热量带来的老化现象，延长皮带机的使用寿命。

2.4变频控制技术在井下绞车电控制系统中的应用

在电控系统和保护系统中采用变频调速技术，其中有一些具体细节，输入电源660V，频率大小为50Hz，输出功率可在0～50之间调节，电压变动范围必须保持在负15%到正10%，频率变动的范围保持在负2.5%到正2.5%，过载能力要强，在负载变化负120%到正120%额定负载中符合四象限运行要求。有自动转矩提升功能，在低频运转的时候，能准确保证全部额定转矩，保护好各个元件过热现象。快开门方式应用于控制箱当中，电气控制应用双PLC全数字控制系统，硬件电路互相荣誉做好绞车提升控制与数字监控，并且在PLC发生故障能技术完成零食提升。在控制系统中配置正常操作，设置各种保护设备，其中过卷装置、限速装置和加速功能保护成为相互独立的双线模式。同时还是需要有保护试验的功能。没有发出信号不能启动车，发出信号时间次数记忆要大于30天，是的声光信号与控制回路具有闭锁功能。电流温度等指标能相对比较直观。

3结语

随着国内采矿业不断发展，机电设备自然也面临着许多挑战，而变频技术的出现，提升了设备安全可靠性，并具有速度可调、操作简单、工作效率高、占地面积小、拆装方便以及节能降耗等特点，有效带动了采矿业的生产运行效率。同时随着变频控制技术的不断改进，相信在不久的未来将在各业当中都能得到广泛的应用。

参考文献

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