论文部分内容阅读
摘 要：对于煤矿生产，机电设备是其核心装备之一，但由于机电设备的成本高、耗能大，因此亟需改进，近年来，煤矿生产的过程变得越来越复杂，随着微电子技术和现代电力电子技术的快速发展，人们逐步开始将具有优越调节控制性能的变频控制技术应用到煤矿机电中，使得煤矿设备的可操作性、节能性以及可靠性都有所提升，并使得采矿业的生产运行效率得到了大大提高。本文对变频技术及其在煤矿生产中的重要性做了介绍，并对变频控制技术在煤矿机电中的应用进行了阐述。
关键词：变频控制技术;煤矿机电;应用
中图分类号：TD63 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2019）03-0177-02
1 引 言
所谓变频技术，指的是将直流电逆变，使其转换为频率不同的交流电，或者是将交流电转换成直流电之后，再将其逆变为频率不同的交流电，亦或是将直流电转换成交流电，再将交流电转换成直流电，在以上这些转换过程中，一般仅有频率产生变化。在使用各种煤矿机电设备时，为了让设备能够安全地长效运行，一般来说其动力传输装置都不会全载荷工作，而会保留一定的富余载荷，但这会使得设备工作的运转功率增大，进而使得耗能量增大，为了解决这一问题，我们可以通过减小设备的运转速率来对机电设备的轴向功率进行控制。变频调节控制技术是利用了电动机转动速度和电力频率成正比的原理，利用变频设备使得装备的电力输送频率变得可控可调，从而实现对设备运行及功率的控制与调整。变频器作为一种新型的电力变换装置，它具有软停机、无冲击启动等良好的控制特性，近年来已经被广泛应用到了工业生产的各个环节并取得了良好的效果，但是其在较为特殊的煤矿环境中才刚刚起步，变频控制技术在煤矿机电的应用符合国家节能减排的目标，发展前景极为良好。
2 变频控制技术在煤矿生产中的重要性
近几年来，我国的经济建设取得了极大的成就，特别是工业生产，其规模扩大速度很快，社会对于能源的需求量增长速度极快，虽然在各种因素的综合影响下，我国对能源的需求态势比较平稳，但煤炭作为最基础的资源仍在我国的能源中极为重要、不可替代，使得人们对煤炭资源进行了持续甚至过度的开采，导致我国煤矿资源储量变得有限，还使得煤矿开采企业间的竞争极为激烈，因此，如果能同时提高产量、设备利用率，做到节约资源、减少排污、保护环境，那么煤炭企业的竞争力就会脱颖而出并可以长期、稳定地发展，在此背景下，煤炭企业渐渐认识到了科技在煤炭开采中的重要性，逐步将变频控制技术应用到了煤矿机械电设备中，其表现出的出色的节能性和可控性使其获得了更多企业的关注，并使得更多类型的变频设备得以应用于煤矿机电中。
3 变频控制技术在煤矿机电中的应用
3.1 应用于采煤机
在采煤机进行采煤时，如果技术人员不能够有效连接、调控叶轮转动速度和采煤机的牵引力，就会导致在采煤机工作过程中，由电能转化得来的动能大部分被损耗。将变频调节控制技术应用到采煤机中，能够令采煤机的操作人员更直接地对电气设备进行调控，此外，因为矿井的工作面具有一定坡度，而采煤机具备开机停机频繁以及采煤坡度大等特点，因此普通的变频调节控制技术并不能满足需求，必须将变频调节控制技术与采煤机的工作状态相结合，将其适用性进行拓展，目前在我国的煤矿中使用的多是四象限运行技术，此技术的关键是把采煤机中的原整流电路换成由智能型模块组成的可调控型电路，当电机进行供电工作时，原来的整流电路和逆变电路可以相互转换，电能能够反转到电网，从而实现节能。此外，此技术还可以在任何运行状态下实现对变频器的调控，以便将力矩调整至效果最优。
3.2 应用于提升设备
煤矿中的提升设备负责的工作主要是运输井下物资、煤炭以及人员等，相当于矿井的咽喉，因此，一旦提升系统中发生故障，就会导致整个矿井的瘫痪。对提升设备进行控制的较为传统的方法是在电机的电线内部加入所需要的金属电阻，并利用触碰器来隔断电阻，从而实现对提升速度进行控制，但是需要注意的是，在此过程中常常会出现金属电阻能耗较大、零件散热效果差等问题，此外，利用金属电阻来调节提升速度，其调节范围比较局限，精度也不够高，而且极有可能导致设备的损伤与电力的浪费。将变频调节控制技术应用到提升设备中，可以解决上述问题，还能够提升系统的无级平稳变速等。变频控制调节技术的优势有：①继电器的数量减少，使得所占用的空间变小，问题率也降低，进而维护量也会降低;②调控具有较高的精度与较好的扩展能力;③可以利用程序编写器编写程序，对电路控制图和梯形图进行自由转换;④进行柔性控制，可以使得冲击导致的机械损耗被减少;⑤可以利用控制系统查看故障部位，还可以对电气系统和监测系统进行自检。
3.3 应用于输送机
煤矿生产的重点与难点工作是井下工作面输送机的运输安全问题，在输送机的工作过程中，其工作、启停等都会耗费大量电能，应用变频调控技术，可以使得输送机依据自身运载强度来变换运转功率，从而令运转速率能够保持稳定，使得设备散热多、耗能大等问题得以解决，从最大程度上避免了能源的浪费，还是得输送机的使用寿命变得更长;此外，应用变频调节控制技术，能够实现输送机运转、停启以及调速等操作的柔性，使得设备皮带的老化速度变缓，减少了皮带老化、断裂等隐患。实践证明，应用变频调节控制技术可以让系统的运转功率达到至少85%，工作效率得到了大大提高。
3.4 应用于井下水泵
井下水泵所负责的工作是整个矿井的排水，在矿井的建井、生产等时期，不同区域、不同季节的用水量有所变化，因此应当经常依据实际的出水情况对井下水泵的排水能力进行调控，由于计算水泵的排水量是基于矿井的最大涌水，所以涌水量对水泵类型的选择有直接影响。将变频调节控制技术应用到水泵的改造中，可以基于矿井需要的排水量，对电机运转功率进行设置，调整电机的运转速度，使其符合矿井实际需要的排水能力，这样也能够延长设备寿命。
3.5 应用于通风机
通风机是重要的煤矿机电设备，其功能主要是为井下输送风流、更换空气，主通风机一般不能停止运行，相当于矿井的呼吸系统，随着煤矿开采加深，其整体需风量也会增大，随着生产时期及实际需求等的变化，需要及时调整通风量。一般要按照矿井的最大需风量来选择通风机的类型，这样虽然可以满足矿井通风需求，但必然会造成资源的浪费，应用变频调节控制技术，可以基于矿井的实际需求设置通风机功率，既能满足矿井通风需求，又能避免能源浪费，根据统计，至少能够减少40%的电能损耗。
4 结束语
目前，变频控制技术日益普及，市场竞争也日渐激烈，人们越来越广泛地将变频控制技术应用到了煤矿机电设备中，但是实际上，在我国各地的煤矿中还未实现对变频控制技术的普遍应用，而且也没有将其应用到一些较为大型的变频设备中以及关键技术中，相比于国外对于变频控制技术的实践，差距较大。因此可以看出，在我国，将变频控制技术应用到我国的煤矿机电设备中还有很大的发展空间，此外，在未来，电子技术、计算机技术、自动化控制以及信息技术等都会逐渐应用到煤矿机电领域中去，令相关设备的智能化水平有所提高，这也会使得变频控制技术的应用基础更加稳固。
参考文献
[1]石树君.浅谈四象限交流变频器在采煤机上的应用[J].山西焦煤科技，2006（10）：20～21.
[2]梁吉鹏.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用[J].科技风，2008（11）：104.
[3]李加龙，徐善文.浅谈煤矿机电安全管理中的几个难点及对策[J].中小企业管理與科技（下旬刊），2011（4）：246.
收稿日期：2018-12-7
关键词：变频控制技术;煤矿机电;应用
中图分类号：TD63 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2019）03-0177-02
1 引 言
所谓变频技术，指的是将直流电逆变，使其转换为频率不同的交流电，或者是将交流电转换成直流电之后，再将其逆变为频率不同的交流电，亦或是将直流电转换成交流电，再将交流电转换成直流电，在以上这些转换过程中，一般仅有频率产生变化。在使用各种煤矿机电设备时，为了让设备能够安全地长效运行，一般来说其动力传输装置都不会全载荷工作，而会保留一定的富余载荷，但这会使得设备工作的运转功率增大，进而使得耗能量增大，为了解决这一问题，我们可以通过减小设备的运转速率来对机电设备的轴向功率进行控制。变频调节控制技术是利用了电动机转动速度和电力频率成正比的原理，利用变频设备使得装备的电力输送频率变得可控可调，从而实现对设备运行及功率的控制与调整。变频器作为一种新型的电力变换装置，它具有软停机、无冲击启动等良好的控制特性，近年来已经被广泛应用到了工业生产的各个环节并取得了良好的效果，但是其在较为特殊的煤矿环境中才刚刚起步，变频控制技术在煤矿机电的应用符合国家节能减排的目标，发展前景极为良好。
2 变频控制技术在煤矿生产中的重要性
近几年来，我国的经济建设取得了极大的成就，特别是工业生产，其规模扩大速度很快，社会对于能源的需求量增长速度极快，虽然在各种因素的综合影响下，我国对能源的需求态势比较平稳，但煤炭作为最基础的资源仍在我国的能源中极为重要、不可替代，使得人们对煤炭资源进行了持续甚至过度的开采，导致我国煤矿资源储量变得有限，还使得煤矿开采企业间的竞争极为激烈，因此，如果能同时提高产量、设备利用率，做到节约资源、减少排污、保护环境，那么煤炭企业的竞争力就会脱颖而出并可以长期、稳定地发展，在此背景下，煤炭企业渐渐认识到了科技在煤炭开采中的重要性，逐步将变频控制技术应用到了煤矿机械电设备中，其表现出的出色的节能性和可控性使其获得了更多企业的关注，并使得更多类型的变频设备得以应用于煤矿机电中。
3 变频控制技术在煤矿机电中的应用
3.1 应用于采煤机
在采煤机进行采煤时，如果技术人员不能够有效连接、调控叶轮转动速度和采煤机的牵引力，就会导致在采煤机工作过程中，由电能转化得来的动能大部分被损耗。将变频调节控制技术应用到采煤机中，能够令采煤机的操作人员更直接地对电气设备进行调控，此外，因为矿井的工作面具有一定坡度，而采煤机具备开机停机频繁以及采煤坡度大等特点，因此普通的变频调节控制技术并不能满足需求，必须将变频调节控制技术与采煤机的工作状态相结合，将其适用性进行拓展，目前在我国的煤矿中使用的多是四象限运行技术，此技术的关键是把采煤机中的原整流电路换成由智能型模块组成的可调控型电路，当电机进行供电工作时，原来的整流电路和逆变电路可以相互转换，电能能够反转到电网，从而实现节能。此外，此技术还可以在任何运行状态下实现对变频器的调控，以便将力矩调整至效果最优。
3.2 应用于提升设备
煤矿中的提升设备负责的工作主要是运输井下物资、煤炭以及人员等，相当于矿井的咽喉，因此，一旦提升系统中发生故障，就会导致整个矿井的瘫痪。对提升设备进行控制的较为传统的方法是在电机的电线内部加入所需要的金属电阻，并利用触碰器来隔断电阻，从而实现对提升速度进行控制，但是需要注意的是，在此过程中常常会出现金属电阻能耗较大、零件散热效果差等问题，此外，利用金属电阻来调节提升速度，其调节范围比较局限，精度也不够高，而且极有可能导致设备的损伤与电力的浪费。将变频调节控制技术应用到提升设备中，可以解决上述问题，还能够提升系统的无级平稳变速等。变频控制调节技术的优势有：①继电器的数量减少，使得所占用的空间变小，问题率也降低，进而维护量也会降低;②调控具有较高的精度与较好的扩展能力;③可以利用程序编写器编写程序，对电路控制图和梯形图进行自由转换;④进行柔性控制，可以使得冲击导致的机械损耗被减少;⑤可以利用控制系统查看故障部位，还可以对电气系统和监测系统进行自检。
3.3 应用于输送机
煤矿生产的重点与难点工作是井下工作面输送机的运输安全问题，在输送机的工作过程中，其工作、启停等都会耗费大量电能，应用变频调控技术，可以使得输送机依据自身运载强度来变换运转功率，从而令运转速率能够保持稳定，使得设备散热多、耗能大等问题得以解决，从最大程度上避免了能源的浪费，还是得输送机的使用寿命变得更长;此外，应用变频调节控制技术，能够实现输送机运转、停启以及调速等操作的柔性，使得设备皮带的老化速度变缓，减少了皮带老化、断裂等隐患。实践证明，应用变频调节控制技术可以让系统的运转功率达到至少85%，工作效率得到了大大提高。
3.4 应用于井下水泵
井下水泵所负责的工作是整个矿井的排水，在矿井的建井、生产等时期，不同区域、不同季节的用水量有所变化，因此应当经常依据实际的出水情况对井下水泵的排水能力进行调控，由于计算水泵的排水量是基于矿井的最大涌水，所以涌水量对水泵类型的选择有直接影响。将变频调节控制技术应用到水泵的改造中，可以基于矿井需要的排水量，对电机运转功率进行设置，调整电机的运转速度，使其符合矿井实际需要的排水能力，这样也能够延长设备寿命。
3.5 应用于通风机
通风机是重要的煤矿机电设备，其功能主要是为井下输送风流、更换空气，主通风机一般不能停止运行，相当于矿井的呼吸系统，随着煤矿开采加深，其整体需风量也会增大，随着生产时期及实际需求等的变化，需要及时调整通风量。一般要按照矿井的最大需风量来选择通风机的类型，这样虽然可以满足矿井通风需求，但必然会造成资源的浪费，应用变频调节控制技术，可以基于矿井的实际需求设置通风机功率，既能满足矿井通风需求，又能避免能源浪费，根据统计，至少能够减少40%的电能损耗。
4 结束语
目前，变频控制技术日益普及，市场竞争也日渐激烈，人们越来越广泛地将变频控制技术应用到了煤矿机电设备中，但是实际上，在我国各地的煤矿中还未实现对变频控制技术的普遍应用，而且也没有将其应用到一些较为大型的变频设备中以及关键技术中，相比于国外对于变频控制技术的实践，差距较大。因此可以看出，在我国，将变频控制技术应用到我国的煤矿机电设备中还有很大的发展空间，此外，在未来，电子技术、计算机技术、自动化控制以及信息技术等都会逐渐应用到煤矿机电领域中去，令相关设备的智能化水平有所提高，这也会使得变频控制技术的应用基础更加稳固。
参考文献
[1]石树君.浅谈四象限交流变频器在采煤机上的应用[J].山西焦煤科技，2006（10）：20～21.
[2]梁吉鹏.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用[J].科技风，2008（11）：104.
[3]李加龙，徐善文.浅谈煤矿机电安全管理中的几个难点及对策[J].中小企业管理與科技（下旬刊），2011（4）：246.
收稿日期：2018-12-7