摘 要：随着我国经济的发展和科学技术的进步，机电设备变频技术也得到了迅猛发展。变频技术因其卓越的调节和控制性能，被广泛应用于我国矿井生产和建设中的采矿、通风、提升、选择和运输等各种矿山机电设备控制系统当中，不仅改善了矿区的生产环境，并使煤矿企业取得了良好的节能效果。文章结合工作实际，从变频控制技术的应用原理和发展现状出发，并就矿山机电设备控制技术的实际应用进行了探讨与研究。
关键词：矿山；机电设备；变频控制技术
矿山企业是耗能大户，其中电耗成本在总生产成本中占据了非常大的比例，尤其是采矿、通风、提升、选择和运输等机电设备所消耗的电能更是占到了总能耗的三分之二以上，并且有很大部分被白白浪费掉了。在当前推崇环保和节约型的社会中，这种浪费无疑给整个社会和环境都造成了巨大的压力。伴随着变频控制技术在矿山机电设备中的普及与应用，不仅在很大程度上防止了能源的无谓损耗，更对矿山企业的可持续发展起到了重要的推动作用。为此，加强对矿山机电设备变频控制技术的探讨与研究，在当前具有重要的现实意义。
1 变频控制技术的应用原理和发展
变频控制技术不仅是电力传动技术、微机技术和电力电子技术的综合型应用，同时还实现了强弱电和机电设备的一体化。变频控制技术在矿山机电设备中的应用，主要是通过具有通断作用的电力半导体器件，使工频电源发生了频率变换。它利用整流桥使工频电力发生直流电源和交流电压之间的转换原理，以及交流电机驱动电压在经过逆变器之后频率和电压可调节原理，是一种能够不产生额外转差损耗的高效率调速方式。这也是变频控制技术在当前能源匮乏的大环境中，能够脱颖而出并备受重视的主要原因。同时，变频控制技术实现了平滑的增速、减速，以及电机的自动，使工作效率得到了大幅度的提高，也由此促进了变频控制技术理论和实际生产应用的快速发展。
变频控制装置的功率器件经历了GTR和IGBT交替的过程，并且进一步发展成为了当前的智能功率模块。在控制技术方面，随着压频比控制理论得到了很大的进步，矢量控制和转矩直接控制技术被广泛应用于当前变频器的实际操作中。同时，还对人工神经网络、模糊自动化控制等新的研究思路也得到了设想和开发。尤其是随着当前变频器的不断系统化和综合化，在功能上不仅实现了基本的调速功能，还通过内置设备具有了编程、通信和参数辨识等功能。
2 变频控制技术在矿山机电设备中的应用
2.1 变频控制技术在矿井提升机中的应用
提升机是矿井生产和运输的主要设备之一，它担负着运送设备、下放材料和升级人员等方面的任务，是矿山生产和建设中必不可少的重要设备。提升机传统的调速方式是将金属电阻接入转子电路的内部，再利用接触器切除电阻或者鼓型控制器进行调速。所存在的最大问题就是散热性较差和电阻能消耗过大，且由于旧有电阻调速的范围不足，也引发了精确度低的问题。同时，在提升机下坡时或者减速段所设置的低频电源和动力制动直流电源，都较容易损坏，不仅导致了较大的能源浪费，在安全性方面也缺乏有力的保证。
通过变频控制技术在提升机驱动系统中的应用，能在根本上避免上述的弊病，并实现了无极平稳的减速与加速，增强了系统在各方面的保护性能。具体优点可以归纳为以下几点：
（1）程序编写可通过编程器指令完成，实现了电控系统中继电器的逻辑关系，在对梯形图和电路图相互转换的控制上也更为方便。（2）因外部线路中执行继电器的数量减少，使实际占用空间也随之减少，故障的发生率和维护的费用也得到降低。（3）可通过编程器和触摸显示屏直接查出系统的故障，使处理更加简单化，同时还能检测出电气和机械等方面的故障。（4）扩展性能更强，且控制精度高。对内部程序的修改即能实现对系统功能参数的改变，且无需进行硬件接线的更改，从而真正实现了系统的柔性控制。（5）当提升机处于负力状态时，能将电机所生成的再生能源反馈到电网中，从而实现了电能的节省。同时，因增大了制动力矩，也进一步提升了绞车下方的安全性能。（6）通过对提升机制动和速度控制的实现，减少了机械的磨损和系统的冲击，使设备的使用寿命得以延长。
2.2 变频控制技术在通风机中的应用
通风机作为矿井生产中的主要通风和排尘设备，对保证矿井生产的顺利和安全，起着重要的作用。随着矿井挖掘和开采的深入，井下的风压会不断增加，通风机自身所需功率也会相应加大。然而在实际生产中，通风机的功率问题却往往会成为矿井开采中的重要难题。
随着变频控制技术在通风机设备中的应用，能依据巷道中实际风量所需进行调节，避免了电能的无谓损耗，效果明显。在改造之后，通风机能实现变频的软启动，既减少了对电网设备的冲击，也避免了启动电流的冲击，能随意启动和停止。在多数时间当中，通风机在井下都是以较低的速度运行，不仅降低了其工作强度，还减少了维护工作，使通风机使用寿命得以延长。
2.3 变频控制技术在皮带机中的应用
皮带机的使用功率相比提升机更大，它通过绕线电机的经转子绕组来实现启动和工频运行，并经过液力耦合器切换到皮带机中。皮带机传输的工作原理是利用轮毂的转动，通过摩擦力的带动和特殊的张力变形下，带动皮带在滚轴上运动。在过去，矿山皮带机曾使用了减压空载启动、转子串接电阻等方法以改变皮带机的工作质量和传输效率，但因为电流启动时仍旧过大，仍容易发生电机内部机械冲激、电压剧烈波动和发热等现象。而且因为启动时间过短，也加剧了皮带的老化和断裂，对皮带自身韧性也提出了较高的要求。同时，因为液力耦合器在运转时容易导致部件磨碎程度加大、内部油温上升等问题，也进一步加大的设备维护工作的成本和难度，导致了功率难以实现同步与平均，并对环境造成了极大的污染。
为了改变液力耦合器所带来了启动难题，在皮带机上实现了变频技术的改造，从根本上实现了皮带运输机的软起和软停，使皮带机能够拥有更加稳定的性能。通过改造，变频控制系统依据皮带机实际负载的变化情况，对输出力矩和频率进行调整，改变了旧有电机工频恒速运行的模式，不仅极大的降低了电力能源的消耗，而且能在皮带机传输的过程中实现90%以上的功率因数，使工作效率得以大幅提高。同时，高压变频器还拥有对皮带机能量的回馈功能，进一步降低了电源的损耗，并减少了相应设备的维护费用的投入，使节能环保得以真正实现。
2.4 变频控制技术在电控绞车系统中的应用
变频控制技术在电控系统或者保护系统的应用，通常需将电压的波动控制在-15%～+10%之间，频率波动控制在±2.5%以内，输入电压为660V，频率为50Hz，输出功率为200kW，且具有连续可调性。
变频控制在电控绞车系统中的应用，增加了系统的过载能力，使其在额定负载-120%～+120%的区间内，能充分的满足运行的要求；增强了对欠压和元件过热等方面的保护；提升了自动转矩的低频运转能力，从而保证额定转矩的实现。
3 结束语
变频控制技术在矿山机电设备中的有效应用，不仅改善了当前矿山生产和建设中的工作环境，提高了工作效率，同时还实现了降低生产成本的和保护环境的目的，为我国矿山机电设备的应用带来了极为重要的进步。
参考文献
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