變頻技術在現代煤礦機電工程運用淺析

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摘要：隨著我國經濟和社會的高速發展，對煤礦資源的需求量持續增加，各種煤礦開采工程越來越多，對煤礦開采要求不斷提升。為了進一步提升煤礦機電工程運行效果，可以將變頻技術合理應用其中，讓各種煤礦機電設備可以根據使用要求，對自己的運行狀態進行有效的調節。為此，筆者將要在本文中對變頻技術在現代煤礦機電工程中的運用進行探討，希望對促進我國煤礦開采事業的發展，可以起到有利的作用。

關鍵詞：變頻技術；煤礦機電工程；運用

一、前言

在科學技術飛速發展的今天，煤礦機電設備技術進步非常迅速。煤礦產業在我國經濟和社會發展的過程中，發揮著非常重要的作用，其能夠在一定程度上決定我國經濟發展水平。隨著我國工業的不斷發展，對煤炭的需求量持續增加，對煤炭資源開采提出了更高的要求。為了提升煤礦開采生產效率和質量，可以將變頻技術應用到煤礦機電工程實際運行過程中，在提升設備能源利用率的同時，還能提升設備的運行效果，能夠根據生產需要，對設備的運行進行針對性的調節。

二、變頻技術的工作原理分析

為了保證機電設備運行可以滿足煤礦開采的實際需要，可以在煤礦機電設備運行過程中，將變頻技術合理應用其中，提升能源利用率，保證設備可以得到連續、穩定運轉，降低設備運行損耗。在變頻技術實際應用過程中，其直接使用半導體元件對電流信號進行轉換，通過整流裝置將交流電變換成直流電，然后通過逆變系統的應用，將直流電變換成交流電，能夠根據設備實際使用需要，對交流電的頻率進行轉換，讓機電設備可以根據實際生產需要合理進行調速，從而滿足生產的具體要求。

三、煤礦生產中加強變頻技術應用的重要性

在煤礦資源不斷減少的今天，企業面臨的競爭壓力越來越大。通過對提升機的使用，可以將貨物或者人員運送到指定的地點，給開展煤炭開采工作提供必要的便利。隨著社會對煤炭資源量的持續增加，淺部煤炭資源的開發量持續增加，資源量持續減少。為了獲得更多的煤炭資源，就需要對深部煤炭資源進行開采，開采難度不斷增加。因此，為了進一步將提升機的價值發揮出來，降低提升機運行能耗，就需要合理做好提升機運行速度的控制。在提升機運行速度調節的過程中，過去經常是通過在提升機控制電路中安裝電阻元件來實現的，導致提升機運行過程中能耗相對較大，對整個工作的開展帶來了不利的影響。煤礦企業在實際運行過程中，消耗的電能是非常巨大的，耗電量可以占到煤礦企業生產電量的一半以上。因此，通過提升機的運行效率，對降低煤礦企業生產能耗具有非常重要的意義，還能在這個過程中避免對環境造成嚴重的污染。通過在煤礦機電設備當中應用變頻設備，還可以進一步提升企業競爭力，提升對環境的保護力度。通過合理對變頻技術進行使用，還能在一定程度上減少對電能的使用，這是當前煤礦企業非常重要的發展方向，為未來煤礦開采提供動力。煤礦開采具有較大的特殊性，在變頻技術實際應用過程中，需要對各種因素綜合進行考慮，這樣才能將變頻技術作用更加充分發揮出來。

四、變頻技術在現代煤礦機電設備中的實際使用

（一）皮帶機對變頻技術的應用

帶式輸送機又被稱為皮帶機，其主要是利用電動機來帶動皮帶運轉，在煤礦開采過程中主要是完成對相關材料的運輸。通過對軟啟動控制器的使用，可以有效降低皮帶機啟動過程中所需要消耗的電量。在傳統皮帶機啟動的過程中，需要消耗大量的電能，電網電壓波動也相對劇烈，通過將變頻技術應用到皮帶機當中，可以進一步提升皮帶機啟動的穩定性，能夠實現緩慢加速啟動，對電能的消耗可以得到顯著的降低，對電網的保護效果得到提升。在皮帶設備運行的過程中，其是依靠皮帶和滾筒之間的摩擦力來傳遞動力。在皮帶機啟動的瞬間，皮帶和滾筒之間容易出現滑動的現象，皮帶與滾筒接觸部位摩擦非常劇烈，溫度會急劇增加，對皮帶的使用壽命會造成非常直接的影響。一旦摩擦量超過了一定程度，就容易導致皮帶磨損嚴重的情況發生。通過將變頻技術應用到皮帶機當中，可以實現皮帶機的緩啟動，能夠讓皮帶以相對較小的加速度啟動，避免皮帶和滾筒相互打滑情況的發生，進一步延長皮帶的使用壽命，避免皮帶接觸部位發熱情況的發生，將皮帶運輸機的功能完全發揮出來。

（二）變頻技術在采煤機當中的應用

變頻裝置在采煤機當中的應用，可以采用機載系統和非機載系統。機載系統是直接將變頻系統安裝在采煤機機身上。非機載系統實際將變頻系統安裝在順槽當中，這兩種方式使用效果差異相對較大。在機載系統實際運行的過程中，其是利用電纜來傳遞電能的，電能傳輸效率會更高。通過將變頻設備安裝在機械裝置上，可以更加及時對設備運行狀態進行監視，及時發現設備作業當中存在的異常，然后及時采取措施進行處理，避免由于裝置故障導致事故的發生。采煤機屬于大型設備，其體積相對較大，在運行過程中容易產生比較強烈的震動，如果振動過于強烈容易導致變頻裝置的驅動信號出現嚴重的異常，且由于作業環境過于復雜，直接導致設備設計難度較大。非機載系統的變頻裝置與采煤機分離，且由于機身自身振動影響較小，不存在機載系統運行過程中過于明顯的缺點，能夠有效保證煤礦挖掘作業的便利性，冷卻系統的設計也相對容易。但由于變頻設備與采煤機直接通過電纜進行連接。煤礦作業環境相對復雜，在實際作業過程中容易出現電纜彎曲或者電纜接地等，對煤礦安全作業容易構成一定的威脅。非機載系統和機載系統都有各自的特點和應用范圍，在實際應用過程中，需要根據實際情況來進行針對性的選擇。

（三）在提升機中的應用

在煤礦開采作業過程中，提升機主要用于材料以及人員的運輸，在整個礦井運輸作業過程中發揮著非常重要的作用。在傳統提升機作業的過程中，需要將電阻器接入到轉子電路當中，然后通過控制器和接觸器來對電阻器進行截流，從而達到調速運行的作用。在實際進行使用的過程中，經常會由于相關因素的影響導致事故情況的發生，如電阻消耗過度、散熱量不能達到要求等。在使用電阻進行調速的過程中，其調速范圍相對較低，對設備的操作精度造成了直接的影響。在減速機減速的過程中，應該保證系統當中具有低頻電源或者直流電源，在電源切換過程中容易導致設備損壞情況的發生，能量浪費問題也相對比較嚴重，對礦井作業安全效果有著非常直接的影響，對礦井經濟發展影響較大。通過將變頻技術合理應用到提升機當中，可以從根本上避免上述問題的出現，實現設備運行無極調速，提升設備運行性能，該技術的應用優勢主要體現在如下幾個方面：一是在對設備運行速度和制動控制的過程中，采用了電氣控制系統，能夠有效避免電氣磨損現象的發生，設備壽命可以得到顯著提升。二是如果提升機運行在負力狀態下，可以直接通過回饋制動的方式來將能量反饋給電網，在節能能量的同時，還可以保證系統運行安全性。三是控制精度更高。變頻器各方面的性能非常優異，通過對內部程序調整，就可以非常方便實現各種功能，并不需要對設備結構進行大量的改動，使用非常方便，非常適合在礦井提升設備當中進行使用。

（四）變頻技術在空氣壓縮機中的應用

由于煤礦作業的特殊性，在實際作業的過程中往往需要一定的風動機電設備，空氣壓縮機便是其中一種，在煤礦安全生產過程中發揮著不可替代的作用。空氣壓縮機通常會采用兩點模式，在空氣壓縮氣缸內部壓力接近設定壓力之后，空氣壓縮機的氣閥就會關閉，電動機這個時候就會在空載狀態下運行。如果氣缸壓力低于設定壓力，壓縮機就會向氣缸中打氣。在空氣壓縮機實際運行過程中，其進氣量和產氣量控制難度相對較大，壓縮機頻繁加載和卸載的問題比較嚴重，電網運行風險較大。通過將變頻技術合理應用到空氣壓縮機當中，可以對壓縮機電機運轉速度實現連續調節，避免壓縮機在運行過程中出現頻繁加載和卸載的問題，提升壓縮機的實際使用壽命。

（五）在通風機當中的使用

隨著巷道掘進深度的不斷增加，風井壓力會隨著變大，風機運行功率也會相對比較高。只有保證風機高效、穩定運行，才能保證礦井生產的安全性。通過將變頻技術應用到通風設備當中，可以根據巷道實際通風需求來調節風量，提升能源利用率。通過對風逆變器進行改造，可以直接實現風機的軟啟動，避免電流過大造成設備損壞問題的發生。在通常的情況下，風機的運行速度較低，這樣可以進一步延長設備壽命，降低設備運行成本。另外，為了提升生產效率，很多時候采用兩臺設備同時工作的情況，通過讓兩臺電機運行在相同的頻率段，可以進一步保證電路使用的安全性。

（六）變頻技術在水泵當中的應用

在進行礦井開采的過程中，隨著礦井深度的不斷增加，很容易遭遇到地下水流經的線路，如果在實際開采過程中出現了水流經線路突然截斷的現象，就容易導致礦井中出現大量積水的問題。如果在出現該問題后不能及時進行處理，地下水滲入到井壁上容易導致礦井塌方情況的發生，對工作人員的生命安全構成非常直接的威脅。同時，地下水具有一定的導電性，在實際地下作業過程中往往需要使用到導電線路，如果導線某些部位裸露在空氣當中，一旦與地下水進行接觸，就容易導致漏電情況的發生，對礦井人員生命安全構成非常直接的威脅，如果電流過大，甚至會導致爆炸事故的發生。從這些地方可以看出水泵的作用是非常明顯的，其可以更進一步保障礦井作業人員的安全。在水泵運行過程中，其消耗的電能是非常巨大的，通過將變頻技術合理應用其中，能夠實現對水量的精準調節，在保證泵水量的同時，還能進一步節省對電能的使用。

五、變頻節能技術的發展要求

在變頻節能技術不斷成熟的今天，其在礦井作業中的應用持續增加，對技術應用要求持續提升。但由于煤礦作業的特殊性，對變頻技術的應用有著不同的要求。另外，在能源形勢越來越緊張的今天，對煤礦企業開展節能生產要求持續提升，對相關設備開展節能改造已經成為重要的發展方向。礦井作業環境相對比較復雜，空氣當中含有一定比例的瓦斯和粉塵，如果這些物質的濃度超過了一定的范圍，就容易導致安全事故的發生。為了提升變頻設備使用的安全性，就需要認真做好相關變頻設備的開發工作，保證這些設備可以在礦井作業中安全、穩定運行。變頻技術在各種領域中的應用持續增加，發揮的作用也越來越大，但不能忽視其在應用中實際出現的各種問題，設備能源利用率還不夠高。為了有效解這些問題，還需要進一步加強變頻技術的研究工作，進一步加強變頻矢量控制技術的研究，在提升設備能源利用率的同時，還能進一步提升設備控制效果。認真做好工作人員的培訓工作。由于變頻技術的特殊性，其對操作人員有著一定的要求。為了保證技術的應用效果，就需要認真做好操作人員的培訓工作，讓他們掌握必要的專業知識和技能，能夠根據設備使用要求，對設備開展相關操作，將設備的作用充分發揮出來。

六、結語

隨著時代的不斷發展，對開展煤礦開采提出了更高的要求。為了進一步提升煤礦機電設備使用效果，可以將變頻技術合理應用其中，實現設備運行的連續調速控制，保證設備控制的精準程度，同時降低設備使用成本。

參考文獻：

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作者:陰鵬飛 單位:鄂爾多斯市國源礦業開發有限責任公司