采煤作业中变频调速技术在电气控制系统中的应用研究

引言

煤炭企业为加强竞争力，开始注重变频技术的应用，提升煤矿开采效益。采煤作业中，电气控制系统对设备运行的调控至关重要，而变频调速技术能灵活调节电机转速，契合采煤设备的动态运行需求。当前传统调速方式依赖电阻或变极调速，存在能耗高、调控精度不足等问题，难以适配采煤机、刮板输送机等设备的复杂工况。探索变频调速技术的应用场景、实现方式及优化方向，对提升采煤作业电气控制系统性能、推动采煤作业高效安全进行意义重大。

一、采煤作业电气控制系统中变频调速技术的核心应用场景

1.1 适配采煤机的变频调速控制场景

适配采煤机的变频调速控制场景，聚焦采煤机截割与牵引过程的转速调节。采煤机工作时，需根据煤层硬度、厚度调整截割电机转速，遇到硬煤层时降低转速以增大扭矩，避免截齿磨损；煤层松软时提高转速提升采煤效率。变频调速技术可通过电气控制系统实时接收煤层传感器信号，自动调节截割电机转速，同时同步调整牵引电机速度，确保截割与牵引协调。例如，当采煤机接近煤层顶板或底板时，变频系统自动降低牵引速度，配合截割电机转速放缓，减少对非煤岩层的无效切割，既保护设备又提高煤质纯度。

1.2 针对刮板输送机的变频调速应用场景

针对刮板输送机的变频调速应用场景，侧重解决输送量与采煤机产煤量的匹配问题。刮板输送机承担煤料运输任务，若速度固定，当采煤机产煤量骤增时易出现煤料堆积，产煤量减少时则造成能耗浪费。变频调速技术可根据刮板输送机上的煤量传感器信号调节速度，煤量多时提高转速加快输送，煤量少时降低转速节省电能。此外，启动时采用变频软启动方式，避免传统直接启动产生的大电流冲击电机和链条，减少链条断裂、电机烧毁等故障，延长设备使用寿命。

1.3 面向液压支架的变频调速调控场景

面向液压支架的变频调速调控场景，主要优化液压支架的移动与支撑动作。液压支架需随采煤机推进及时移架，移架速度过快可能导致支护不及时，过慢则影响采煤进度。变频调速技术通过控制液压泵电机转速，调节液压油流量，实现移架速度的精准控制，与采煤机牵引速度保持同步。在支撑阶段，根据顶板压力传感器数据，变频系统调节电机转速改变液压系统压力，顶板压力大时提高压力增强支护，压力小时降低压力减少能耗，确保支护安全与节能的平衡。

二、变频调速技术在电气控制系统中的实现方式

2.1 结合采煤工况的动态转速调节方式

结合采煤工况的动态转速调节方式，依据采煤作业的实时工况参数调整电机转速。电气控制系统收集煤层厚度、倾角、瓦斯浓度等工况信息，建立工况与转速的对应关系。例如，在倾角较大的工作面，刮板输送机上行运输时需提高电机转速以克服重力，下行运输时降低转速；瓦斯浓度接近预警值时，自动降低所有设备电机转速，减少机械摩擦产生的火花，同时保障基本作业需求。系统还会结合采煤机截割速度，动态匹配运输机转速，避免煤量堆积。

2.2 基于负载变化的变频参数适配方式

基于负载变化的变频参数适配方式，根据设备负载实时调整变频频率、电压等参数。电机负载增大时（如采煤机遇硬煤、刮板输送机煤量突增），变频系统自动提高输出频率和电压，增大电机输出功率以匹配负载；负载减小时，降低频率和电压减少功率输出。参数适配需兼顾电机特性，避免参数突变对电机造成损伤，通过平滑过渡的参数调节曲线，确保电机在高效区间运行。同时，系统会记录负载变化规律，优化参数调节滞后时间，提升适配精准度。例如，刮板输送机负载从 20% 增至 80% 时，变频参数按线性梯度调整，使电机电流稳定上升，避免电流波动导致的电机过热。

2.3 联动安全保护的变频控制协同方式

联动安全保护的变频控制协同方式，将变频调速与设备安全保护系统紧密结合。当电气控制系统检测到设备异常（如电机过热、电缆漏电、瓦斯超标）时，立即向变频系统发送信号，变频系统快速响应执行保护动作。电机过热时，自动降低转速或停机，同时启动冷却系统；电缆漏电时，切断变频输出防止触电；瓦斯超标时，降低所有设备转速至安全范围，若浓度持续升高则触发停机。协同过程中，系统会实时记录保护动作与变频参数变化，为后续优化保护策略提供数据。这种协同方式确保变频调速不仅关注效率，更将安全放在首位，形成 “调速 - 监测 - 保护” 的闭环控制。

三、提升变频调速技术应用效能的优化方向

3.1 推动变频技术与智能传感的融合应用

推动变频技术与智能传感的融合应用，通过更精准的传感数据提升调速精度。在现有传感器基础上，引入红外温度传感器监测电机绕组温度、振动传感器捕捉设备运行异响，将这些数据实时传输至变频控制系统。智能传感与变频技术的融合，能让系统更全面掌握设备状态，如根据电机振动频率判断轴承磨损程度，提前调整转速避免故障；结合环境温湿度传感器数据，动态修正变频参数以适应环境对电机性能的影响，使调速更贴合设备实际运行状态。

3.2 优化适配不同设备的变频控制参数

优化适配不同设备的变频控制参数，针对采煤机、刮板输送机、液压支架的特性定制参数体系。采煤机侧重扭矩与转速的匹配参数，确保截割效率与设备安全；刮板输送机需优化启动转矩、加速时间等参数，减少链条冲击；液压支架则重点调整液压泵电机的变频响应速度，保障移架及时性。参数优化需通过现场调试与模拟仿真结合，剔除冗余参数，保留核心调控指标，使不同设备的变频系统既能独立高效运行，又能在协同作业时保持参数兼容，避免系统冲突。

3.3 拓展变频调速系统的故障自诊断功能

拓展变频调速系统的故障自诊断功能，提升系统的可靠性与维护效率。系统内置故障诊断模块，通过监测变频装置的输入输出电压、电流、温度及通信状态，识别常见故障（如模块损坏、散热不良、通信中断）。诊断出故障后，自动记录故障代码、发生时间及相关参数，同时触发预警信号并显示故障位置。对于轻微故障（如散热风扇转速不足），系统可自动调整运行参数（如降低输出功率）维持基本运行；严重故障则停机保护，为维修人员提供精准故障信息，缩短排查时间，减少设备停机影响。

四、结论

在采煤作业电气控制系统中，变频调速技术通过适配采煤机、刮板输送机、液压支架等设备的应用场景，结合工况动态调节、负载参数适配及安全联动等实现方式，有效提升了设备运行效率、稳定性并降低能耗。通过推动与智能传感融合、优化参数、拓展故障自诊断功能，进一步提升了技术应用效能。这一技术的深入应用，为采煤作业高效安全开展提供了有力支持，推动采煤电气控制系统向更智能、节能方向发展，适应现代采煤工业的发展需求。

参考文献：

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