变频技术在煤矿机电设备中的应用

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　　摘 要：煤矿机电设备是煤矿生产中必不可少的机械设备的集合，其包括各种大型设备以及中小型设备，能够满足井下提升、采矿、运输以及选择等生产环节的客观要求。本文立足于变频技术的技术特征，首先介绍了变频技术在煤矿机电设备生产中的应用现状，其次对变频技术在煤矿机电设备中的应用原则进行了探讨，并就变频技术应用于变频技术的改善策略进行了解析，旨在为有效提升变频技术的应用效果、改善生产环境提供参考，为促进行业的可持续性与健康发展奠定坚实的基础。
　　关键词：变频技术;煤矿机电设备;应用策略
　　中图分类号：TD60 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）07-0171-02
　　自动化控制以及变频控制逐渐成为现代工业中必不可少的应用要素。变频控制技术不但可以实现资源能源的节约，还可以有有效降低污染影响，从而满足现代生产的各方面要求。煤炭企业生产的特征决定了其应用变频技术需要考虑的因素较多，不但设备的种类多、类型复杂，对于电能的消耗要求也各不相同。为了进一步满足变频技术在煤矿机电设备中的应用要求，现就变频技术的技术定义与基本原理分析如下。
　　1 变频技术概述
　　1.1 技术定义
　　变频控制技术是一种经过频率电源复杂转换为另外一种频率电源的实现技术。该技术应用过程中主要借助于微机技术以及电子技术，实现了弱电之间的科学转换。该过程不但可以完成直流电源之间的转换，实现电压的调整，同时也能够借助于整流桥进行电压转化，借助于逆变器来满足频率调整的客观要求。在电压调整过程中，交流电压作为电机的驱动电源，从而满足无极调速的电压、电流要求，这也是现阶段最为有效的无附加转差调速模式。随着变频技术的发展，该技术的优势也逐渐体现出来，不但可以满足多方面的生产要求，同样可以节约大量的电费成本。新时期，随着变频技术的应用，在调速、控制理论、整体功能等方面均得到了改善，现阶段智能化模块的应用提升了技术的整体综合性，也使得人工神经网络控制理论得以应用于变频技术，促进了技术的长足发展。
　　1.2 技术原理
　　变频技术在煤矿机电设备的运行过程中具有重要的应用价值，其主要采取了三相交流电源来作为电源系统，保障机电设备的运行稳定性。尽管如此，三相交流电源运行过程中可能会受到外部因素的影响而出现干扰因素，这也使得机电设备的电力半导体应用过程中受到各种影响。所以，为了保障机电设备的运行水平，需要借助于变频技术进行科学调整与调节，满足机电设备的各方面参数。传统的机电设备运行过程中其交流电的频率是相对固定的，无法进行调整，所以整个运行过程中效率是固定的，如果是低负载运行条件下，往往会出现大规模的能量损失。通过变频技术的应用，能够对机电设备进行改善，从而满足变频设备的应用环境要求，使得整个机电设备的工作性能得到改善。现阶段，随着变频技术的发展，其应用范围得到了扩充，从而促进了各行各業的发展[1]。
　　2 变频技术在煤矿机电设备中的应用现状
　　变频技术在煤矿机电设备中应用广泛，主要体现在普遍变频器以及设备改造两个领域，分别介绍如下。
　　2.1 普通变频器应用
　　作为一个煤矿资源丰富的国家，我国十分重视煤矿行业的发展，这也使得煤矿生产的效益得到了稳步的提升。变频技术在煤矿生产中的应用，主要以普通变频器为主。该模式能够满足机电设备的频率调整要求，在满足基本生产负荷的基础上，对功率进行调整，可以避免低负荷条件下高负载生产，从而减轻了电能的要求，同时也可以缓解生产设备的生产压力，同时满足经济效益与设备的使用寿命等多个方面的条件。借助于变频驱动方案来进行变频技术的应用，可以改善使用功能，满足煤矿生产的相关要求。随着时代的进步与发展，各种科学技术层出不穷，能够进一步实现煤矿机电设备的完美匹配，为促进我国煤矿行业的发展创造良好的条件。
　　2.2 设备改造应用
　　设备改造也是变频技术应用于煤矿机电设备的重要方式。比如说某企业选择顺槽胶带输送机进行技术升级改造，升级改造前，该设备的驱动力为额定3×160kW，随着工作量的持续增加，过去的胶带机已经达不到生产的要求，在不更换设备的前提下对其进行升级调整，使得使用功能得以延伸。升级改造后，运输的长度得到了调整，运输过程中的阻力增加，整体的功率改善明显。考虑到皮带机的使用寿命以及减速器、电机的结构类型，可能会出现工作过程中磨损严重问题。经过技术调整与分析，对其进行变频技术改造。主要的改造原理基于变频调速箱原理，该技术采用交变、直流、交变无速传感控制技术，根据相关技术条件来对电机的实际转速数值进行调试，在满足提升机输出功率要求的前提下，实现了自动向网络供电的目标，不但节约了大量的电能，而且可以借助于安全回路的启动按钮进行随时调控，提升了设备应用的安全性。
　　3 变频技术在煤矿机电设备中的应用原则
　　3.1 严格遵从具体的使用条件
　　变频技术在煤矿机电设备中具有广泛的应用优势，变频器作为变频技术的主要实现方式，其具有可操作性强、工作效率高等优势，同时也可以满足能源节约的要求。尽管如此，由于煤矿机电设备大多数都属于大型设备，所以在变频器的使用过程中，需要切实考虑到变频控制的必要性，对改造过程中的电容量、加速减速时间以及电压等关键技术参数进行调试与匹配，这样才能够满足具体生产的要求，提升变频技术的应用效果[2]。
　　3.2 选择合适的负载匹配模式
　　不同类型的机电设备在负载能力与要求上也存在不小的差异。在煤矿机电设备中应用变频技术，需要综合考虑到各种不同类型的电动机设备以及变频器设备，做好设备改造工作。比如说，恒转矩负载可以选择转矩恒定以及时间相对比较稳定的变频设备;风机泵则主要在负载工作过程中应用，该技术具有性价比高、技术稳定等特征，同时也能够适应输出值精准的设备。另外，对于一些功率恒定且操作要求较高的设备，需要进行单独匹配设备，才能够发挥出变频技术的整体性能。 　　3.3 安装、使用需要符合操作规范化要求
　　变频技术本身属于提升稳定性的技术，所以在应用过程中一定要做好安装、操作匹配工作，达到相关操作标准与规范化要求，否则将影响操作的效果。安装过程中，操作人员切忌将设备置于空气湿润或者环境恶劣的区域，否则可能会导致变频设备损坏。另外，振幅较高、频率变动较大的区域可能也会对变频设备的正常使用带来负面的影响，所以需要对频率进行合理的控制。一般来说，海拔的高度在1km以下且温度不低于零下10℃时，变频设备都可以完成相应的操作要求，但是超出这些数值后，需要进行科学防护，否则将影响变频技术的合理应用[3]。
　　4 变频技术在煤矿机电设备中的应用策略
　　变频技术在煤矿机电设备中具有广阔的应用前景，主要集中于如下几个方面。
　　4.1 采煤机中变频技术的应用
　　采煤工作具有环境复杂的特征，在复杂的生产环境当中，两象限的变频调速设备往往达不到预期的生产要求。我国传统的采煤生产活动中主要面对传统工艺技术稳定性不足等问题，尽管近些年来随着变频技术的应用得到了一定程度的改善，但是依然有较大的调整发展空间。现阶段我国的采煤机行走功率为220kW，采用新工艺可以在满足不改变牵引速率的要求下实现节能控制。该工艺技术术语四象限交流变频技术，是一种基于传统技术并整合多种科学技术后实现自由频率转变的技术，能够显著改善采煤设备的运行水平，促进技术实现。
　　4.2 通风机中变頻技术的应用
　　通风设备在煤矿生产中具有重要的意义，也是直接关系到井下安全的设备。传统的通风设备在使用过程中容易出现风压不好控制的问题，通风机的功率出现问题后，设备的寿命也会受到影响。借助于变频技术的应用，一方面可以延长设备寿命，降低维修的概率，另外一方面则是可以满足通风运转的实际要求，达到电力节约、操作步骤简化的目标。
　　4.3 皮带机中变频技术的应用
　　皮带机属于煤矿生产中的必备运输设备，其功能类型与提升机类似。传统的启动皮带机主要借助于转子串接的模式，其电阻会影响启动转矩以及空载，导致启动电流较大的问题，容易给电网带来波动冲击。除此之外，较大的电流也会对机械设备的寿命产生不良影响。经过技术整合后，不但可以避免上述弊端的发生，同时也可以节约大量的成本。
　　4.4 空压机中变频技术的应用
　　传统空压机启动中，多采用直接启动的方式，或者是用转子串电阻启动的方法，这两种启动方法存在着一定的缺陷，使空压机启动时产生大电流，对机电设备造成了一定的损害，降低了设备的利用率。将变频技术利用到设备的启动上，就会减少启动时对设备的损害，从而延长设备寿命。
　　4.5 提升机中变频技术的应用
　　提升机属于常用运输设备，可以用于解决运输问题。一般来说，传统的提升设备存在能耗高、电控精准度差等问题，另外还存在容易损坏等问题。上述问题的直接结果就是安全系数较低，使用稳定性得不到保障，无法满足基本使用要求。借助于变频技术，则可以改善大部分问题，提升技术的应用效果。
　　4.6 水泵中变频技术的应用
　　水泵属于施工场地机械能、电能转化设备，能够满足井下生产的实际需求。但是，在实际使用过程中，水泵故障的问题频发，不但影响正常施工，还给井下生存环境带来了压力和威胁。通过变频技术的应用，能够改善设备的使用环境，提升使用寿命，同样也可以实现电损最低化，使得电动机、水流设备的运作水平提升，更好地适应控制系统的要求。
　　5 结语
　　综上所述，变频技术在煤矿机电设备的应用中具有广泛的应用前景和市场空间。根据技术应用的现状与基本原则，需要进一步做好规范化的操作与匹配，提升操作的规范化、制度化，并逐步调整好采煤机、通风机、皮带机以及水泵、绞车等设备中的变频技术应用策略，提升变频技术的应用价值，为行业的可持续健康发展提供新的技术思路，从而促进煤矿行业的稳定高速发展。
　　参考文献
　　[1] 崔瑾.变频控制技术在煤矿机电设备中的应用[J].陕西煤炭，
　　2020，39（3）：187-189.
　　[2] 赵海鸿.变频技术在现代煤矿机电工程中的应用实践[J].中国设备工程，2020（9）：203-204.
　　[3] 戴晶晶.煤矿机电设备存在的问题及变频技术的应用[J].能源与节能，2020（4）：138-139.
　　收稿日期：2020-03-10
　　作者简介：杨登乐（1981—），男，山东济宁人，本科，中级工程师，研究方向：矿用电气设备。
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