矿山机电设备中变频控制技术原理及运作探究

摘要：矿山机电设备中的变频控制技术主要是改变输出功率，以实现对能耗问题的有效管控。在实践应用过程中，相关单位可以将变频控制技术用于提升设备、输送设备以及通风设备，实现节能管控的目标。本文对矿山机电设备中变频控制技术的原理以及应用进行分析探讨。

关键词：矿山机电设备；变频控制；原理；运作

引言：现阶段，在矿山机电设备变频控制领域，相关单位需要对其中的技术指标、方案进行有效调控，对其中技术参数进行严格把关，加强对各项信息的调控，使设备的整体运作效率和品质得到提升。

一、矿山机电设备中变频控制技术原理

矿山机电设备变频控制技术主要是基于电力电子技术、电机传动技术、计算机技术，通过改变供电频率，控制电机转速和扭矩输出。整个控制体系囊括完整的变频器结构，其中包含整流器、逆变器、控制电路等三个重要组成部分，整流器主要是将输入的交流电转换为直流电；逆变器将直流电通过逆变操作转化为可调频的交流电，根据用户操作信号，结合脉宽调制技术对逆变器的输出电压进行调制和控制，从而实现对电机的精确管控。变频控制技术可实现电机的无级调速，即电机的转速可以在一定范围内连续平缓调节，满足不同工况下的需求。通过调节电机转速，变频控制技术可以显著降低电机能耗，特别在低负载和空载情况下，可达到更加良好的节能管控效果。此外，变频控制技术还可以实现电机的软启动，即电机在启动过程中，电流和转速较为平稳，避免传统启动方式中电流冲击和机械冲击对设备所造成的损害。变频器还具备过载保护、过流保护、欠压保护等多种功能，可确保电机在异常情况下安全稳定运行。

二、矿山机电设备中变频控制技术的应用

（一）提升设备中的运用

在矿山开采活动中，提升设备通常会消耗较多的电能，现场提升设备包含提升机、升降机，作为关键的运输工具，负责物料和人员的垂直运输。传统提升设备的调制方式较为落后，能耗较高，且调速精度低，极易受磨损。此时，结合变频控制技术，可有效解决相关问题，该技术结合无极调速与节能模式，可实现电机无级调速，根据负载情况，实时调整电机转速，避免传统调速方式中的能源消耗。同时，在提升设备下降或负载状态下，电机产生的能量可以反馈至电网，进一步实现节能。此外，变频控制技术通过精确控制电机转速和转矩，使提升设备运行更加平稳，减少机械冲击和震动，提高设备运行的稳定性和安全性。另外，变频控制技术还具备过载保护功能以及过流保护等多种模式，确保设备在异常情况下安全稳定运行。由于变频控制技术减少了机械冲击和震动，使提升设备的磨损程度得到大幅度降低，延长设备的使用寿命。在提升设备启动环节，变频控制技术还可以实现对设备的软启动和软停止，避免启动方式对电网和设备造成冲击。

例如，某大型矿山企业在日常开采活动中，其提升设备（主要包括提升机和升降机）作为关键的垂直运输工具，承担着繁重的物料和人员运输任务。然而，长期以来，这些传统提升设备采用的调制方式相对落后，不仅能耗巨大，而且调速精度低，设备磨损严重，对生产效率和安全性构成了挑战。为此，技术人员将原有提升设备的电机控制系统替换为变频控制系统，包括安装变频器、传感器及相应的控制软件。在矿石运输高峰期，变频控制系统根据物料重量实时调整电机转速，确保运输效率的同时降低能耗。据统计，改造后提升机能耗较之前下降了约20%。此外，在提升设备下降或处于负力状态时，变频控制系统将电机产生的再生能量回馈至电网，实现能量的循环利用。某次测试显示，在单次下降过程中，回馈电网的能量达到了电机额定功率的30%。通过精确控制电机转速和转矩，变频控制系统使提升设备的运行更加平稳。改造后，设备振动幅度降低了50%，显著减少了物料散落和机械部件的额外应力。在一次突发过载情况下，变频控制系统的过载保护功能迅速响应，自动调整电机输出并发出警报，有效防止了设备损坏和安全事故的发生。经过一年的运行对比，采用变频控制技术的提升设备相比传统设备，机械部件磨损程度降低了40%，显著延长了设备的大修周期和使用寿命。

（二）输送设备中的运用

输送设备主要由皮带、输送机、斗轮机所构成，将物料从一端输送到另一端。但是，由于矿山的生产节拍会发生变动，生产效率会变化，为此，输送需求也会发生相应的变动。此时，工作人员需要根据实际工况，调整输送速度，减少能源消耗，可利用变频控制技术进行灵活调速，根据输送设备负载，调整电机转速和输出频率，实现灵活输送、灵活调节，提高输出效率，特别在低负载和空载情况下，可通过变频控制技术，获取更加良好的节能管控效果。在输送环节，变频控制技术还提供过载保护、过流保护等多种功能，确保输送设备在异常情况下安全稳定运行。

例如，在矿山生产高峰期，输送设备需满负荷运行以满足高效输送需求。此时，变频控制系统根据皮带或斗轮机的实际负载情况，自动调整电机转速和输出频率，确保物料稳定、快速地输送。而在低负载或空载时段，如夜间或设备维护期间，变频控制系统将电机转速降至最低，甚至进入休眠模式，从而显著降低能耗。据统计，改造后输送系统的平均能耗降低了约30%。通过变频控制技术的精确调速，输送设备能够更准确地匹配生产节拍，减少等待时间和物料堆积，提高了整体输出效率。例如，在斗轮机装料过程中，变频控制系统根据料仓的填充速度实时调整斗轮转速，确保装料过程既不过快也不过慢，避免了物料的浪费和设备的空转。在输送过程中，变频控制系统内置了过载保护、过流保护等多种安全功能。一次，由于矿石中混入大块异物导致皮带输送机负载急剧增加，变频控制系统立即检测到过载信号，并自动降低电机转速，同时发出警报通知工作人员。工作人员迅速介入处理，避免了设备损坏和安全事故的发生。

（三）通风设备中的运用

通风设备主要是排除矿井内的有害气体，提供新鲜空气，但是有害气体的浓度在实时发生变化，通风设备需要具备不同的运行模式，以减少对能源的消耗。此时，相关单位可以引进变频控制技术，根据矿井内的实际风量需求状况，调节通风机的转速和输送风量，避免传统控制方式中的电能浪费。通过精确控制风量大小，还可提高矿井通风效率和安全性。通风机在启动时需要较大电流和转矩，容易对电网和设备造成冲击，而变频控制技术可实现通风机软启动，其启动过程中的电流和转矩较为平稳，避免冲击和影响。此外，由于变频控制技术减少了通风机启动和停止次数，可延长通风机的使用寿命。并且，通过精确控制通风机转速和送风量，还可降低设备磨损程度以及维护成本。

例如，在矿井的某个掘进工作面，由于爆破作业后有害气体浓度急剧上升，变频控制系统实时监测到风量需求增加，自动调整通风机的转速和输送风量，确保有害气体迅速被排出。而在非作业时段，系统则自动降低风量，减少能源消耗。据统计，通过智能调节，该矿井通风系统的能耗降低了约25%。在一次通风机例行启动过程中，变频控制系统实现了软启动功能，启动电流和转矩被控制在安全范围内，避免了传统启动方式下的大电流冲击。工作人员通过监控系统观察到，启动过程中的电流波动幅度仅为传统启动方式的30%，有效保护了电网和通风机设备。

三、结束语

总体来说，在矿山机电设备变频控制领域，相关单位需要对其中的各项技术指标进行管控，减少能源消耗，并加强对技术细节、技术原理的把控，使矿山机电设备的运作品质得到有效提升。

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