矿山机电设备变频控制技术分析_刘贺.pdf

4 STONE 2 0 2 3 No.2机械与装备矿山机电设备变频控制技术分析刘 贺（内蒙古白音华海州露天煤矿有限公司，内蒙古 西乌旗 0 2 6 2 0 0）1 矿用设备变频控制技术分析的必要性随着我国对矿产资源开发利用不断深入，同时也不断促进矿山生产技术进步与改进。例如，近年来矿用设备技术在不断提升的过程中，为了实现对矿山设备自动化生产，就需要合理运用变频技术以确保煤矿机电设备能够实现有效运行，为矿井行业工作人员以及用户提供可靠产品的同时还可以为我国提供充足的能源保障。因此，对于机械传动与机电设备采用变频控制技术进行研究分析也是迫在眉睫。1.1 适应煤炭行业发展趋势近年来，我国在对矿产资源开发利用的过程中，不断加强煤炭行业自动化建设。但是，煤炭行业发展与技术创新也与现代工业发展趋势存在较大差异，因此就需要更加重视对煤炭行业自动化发展以及技术创新的研究分析。例如，可以通过在机械传动与机电设备中应用变频技术，使机械传动以及机电设备运行更加稳定可靠。随着煤炭行业不断升级以及发展，针对机械传动系统所采用控制技术也在不断提升过程中。如可以通过在电力液压传动系统中安装应用变频技术，使电力液压传动系统可以高效节能以及提升使用寿命。因此，对于机电设备采用变频控制技术时也是十分必要的，从而为矿山机械传动系统不断发展以及完善提供技术支持与保障。1.2 提升机电设备生产效率随着对机电设备自动化生产水平不断提升，我国在该领域所取得的成果也不断被应用到其他行业领域当中，例如在大型矿山设备领域当中，机电设备使用效率不仅会受到机电设备数量以及种类影响，还会受到设备运行速度以及负荷情况的影响。而由于机电设备应用比较广泛的原因以及所存在诸多优势，所以这就使得机电设备管理人员对于机电设备生产效率越来越重视，如果机电设备能够采用变频控制技术来进行有效管理，那么机电设备之间的配合效果以及相互关系将能够更加完美与统一起来，从而更好地发挥机电设备自动化生产水平以及生产效率，这对于提升机电设备管理人员以及设备制造厂家生产效率都具有十分重要意义。1.3 实现机电设备自动化生产的重要途径近年来，随着我国对矿山生产行业不断加大投入，针对机电设备自动化生产技术的研究也不断得到加强。为了实现对机电设备自动化生产，就需要合理运用变频技术对机电设备进行优化控制，以确保机电设备能够实现高效运转。因此，在提高机电设备自动化控制水平以及改善机电设备生产条件的过程中也需要合理运用变频技术，以确保对机电设备自动化生产水平提升至新高度。1.4 提高矿用设备性能指标在矿用设备工作过程中，为了实现高效节能，通常需要根据设备性能指标进行选择，其中包括设备可靠性以及运行性能，同时还需要综合考量使用时间与能耗之间的关系，实现高效节能。因此，需要在不断提升设备可靠性与节能指标的过程中逐步开展变频技术研究与应用创新。2 变频控制技术变频控制技术又称为自适应控制技术，它是一种以直流电机为主要传输信号源，在其外部电路内采用非线性变换而得到控制信号。这种控制系统具有响应速度快、功率大、可靠性高、工作稳定等特点，能够作者简介：刘贺（19 8 5），男，工程师。主要从事矿山机电、智能化方向研究DOI:10.14030/ki.scaa.2023.0040石材2 0 2 3 年2 期 5 石 材S H I C A I机械与装备实现对于变频器系统内部各个部分运行参数的精确控制、快速响应等。变频控制器的基本原理是将电容器中所产生高压放电，使功率元件的高频交流电转变成直流电并输出给转子线圈中所产生的电动势，这种电动势能够迅速引起电压降从而产生过流、短路、过热等不良现象及击穿现象，同时还会给电网带来一定的污染问题1。2.1 基本原理传统的控制技术采用开关电源作为输出电源，并且所采用的开关电源的输出电压不能达到额定值及所需的额定电压，这种开关电源虽然能够有效控制励磁电流，但会对机电设备工作环境产生一定的影响2。变频控制技术在传统变频器上对励磁电流采用整流方式实现3，这种方式能够有效调节电机转速。此外，对于励磁电流而言，这一方式能够有效控制电机内部磁场强度大小而不会改变电机的转速，而变频控制技术与传统开关电源相比所具有的优势在于这种控制器能够根据电机运行过程中所产生的不同状态实现对于直流电机励磁电流以及其他各方面控制4 5。2.2 变频控制关键技术由于变频器是通过对输入、输出信号进行检测而得到控制参数的，所以对于环境的要求较高，在实际变频器中，应结合环境因素为电机选择适宜的工作参数与温度条件，同时需根据其工作原理、工作状态等对其进行有效控制，从而实现高效运行。此外，针对不同的工作环境以及工况情况，还需要合理选择变频器内部所采用半导体器件，并充分考虑其使用寿命及对系统本身的影响因素6。3 矿山机电设备变频控制参数优化3.1 系统运行参数优化针对现有矿用变频器的运行参数进行优化设计，主要就是优化系统内部的电流与电压参数。在电机启动的过程中，由于矿井下的电力系统比较复杂，所以要确保电机能够顺利启动，但是矿山机电设备在运行时必须要确保系统运行参数的稳定性，这样才能够确保电机在运行时始终处于良好状态。所以在优化系统运行参数时需要对电机的运行参数进行相应调整才能够保证电机在工作中具有更好的性能效果。在通过变频调速技术中可以将电机调速到其额定值的1/3到1/2，从而实现调速更快和更省电的效果，随着电机负载逐渐增大对其运行性能以及控制性能也提出了更高的要求，在整个变频器的运行参数优化设计中采用了变频控制技术来实现变频调速功能。3.1.1 电流优化在矿用变频器中电流是影响变频器性能的主要因素之一，由于矿山机电设备的生产工艺以及负载的不同需要给其电流也有所差别。在整个矿山机电设备变频控制系统中对于电流优化的主要目的就是通过改变变频器内部的直流母线电压来实现对电机控制，在将电动机与控制器之间通过一系列电力变换器进行连接来实现控制。在电机的控制过程中如果没有改变就会导致其电流以及电压会有很大误差，通过控制系统内部电流也能够让电动机运行得更加平稳，而且可以对电网进行调节，如果在电流以及电压不变的情况下会增加电压对于电动机的运行影响是非常大的，所以应该针对井下矿井下供电系统中所使用的变频器功率大小进行相应调整来保证在系统运行状态下能够满足要求，通过采用恒压控制系统可以在一定程度上减少系统内部的电流波动。3.1.2 电压调节在电机运行时要对其电压进行调节，通过调用变频器内部的电压补偿装置实现对电机电流的自动调节功能，通过控制变频器内部三相输出电压的变化来改变电机的电流波形。对于调速设备来讲应该尽量避免其负载过大，则会影响到其功率因素的平衡或者是设备之间的绝缘。因此，需要控制变频调速系统输出端电压的调节范围为负载电流稳定范围的50%了，如果是将电机设定在额定电流范围内且其电流大于额定电流时变频器便会自动进入过载运行状态，从而影响到电机在实际使用中的效率。当电动机工作状态下电压上升到一定数值时其电压会出现波动现象，从而使得变频控制系统自动地调整电压值并且使变频器产生相 6 STONE 2 0 2 3 No.2机械与装备应电流来完成功率开关和电机的保护要求，避免其过低导致发电机无法运行等问题出现。因此，可以将变频器的电压调节到其额定值的60%8 0%之间以提高变频器的性能和效率。3.2 变频器控制参数优化为了使矿山机电设备变频控制系统具有更好的节能效果与运行性能，需要对变频器进行一定的优化。对于矿山机电设备变频控制系统优化的方法主要有三种：一是在变频器进行无功补偿方面采用电流控制方式进行补偿；二是在变频器进行无功补偿方面采用脉冲控制方式进行补偿；三是采用功率因数控制方式进行补偿。针对不同的两种方式进行计算可以得出两种优化方法的最佳运行参数，在计算过程中可以将两种优化方法分为正、负两种运行方式进行仿真验证，由于该变频器属于低压变频器类型，所以该方法的优化效果有限。3.2.1 在正、负无功补偿方式下在变频器进行无功补偿时，采用脉冲控制方式，不仅可以提高系统的电流稳定能力，还可以节约电能，但脉冲控制方式只能在特定的时段进行，如果控制系统的输出电压不稳定或者不能够满足变频器要求时可以采用功率因数控制方式进行补偿，无论采用哪种优化方法进行优化均不能实现最优运行。因此利用两种优化方法可以优化出最优运行参数：PFC频率控制时间为2 s/分、脉动频率为10 H z;PFC电流频率为100 H z；功率因数为0.4；功率因数最大值为0.9；最小值为0.7，此时实际功率因数可达到0.942。3.2.2 采用脉冲控制方式由于变频器的电流不是恒定的，因此当变频器运行在正弦波段时，由于脉冲会引起变频器的电流电压变化的幅度与频率变化非常大，因此可以将变频器的电流脉冲控制方式作为变频器的电流控制方式。由于采用了大电流的脉冲控制方式，所以在进行参数优化的过程中主要是为了降低设备的输出功率比，提高功率因数，该变频控制系统是由变频器控制器以及 PW M控制元件组成，通过选择合适的控制参数组合来实现不同的功率需求。实际变频器在脉冲控制方式下电流控制功能和功率因数方面具有较好的效果，该变频系统为正反馈控制模式时需要根据变频器的电流进行调整控制工作负荷及电压，而脉冲控制模式下变频器的电流波形可以得到很好效果，对电网产生一定保护作用，但脉冲控制方式会导致变频器性能下降、谐波增大情况发生。3.2.3 采用功率因数控制方式在进行功率因数控制的优化过程中，可以采用的方法有：（1）采用大电流谐波限制；（2）采用小电流功率因数控制。将该变频器的控制参数设置为（有功功率控制量有功功率补偿量0.8）-3。为了获得最优的控制效果，采用了1次方的方法。因为该变频器属于低压变频器类型，采用该优化方法可以使变频电机在运行中获得最大功率值的同时不会对电机在产生任何损耗，提高了设备的运行效率。并且通过变频器发出了一些指令，该指令可以正确进行对电机进行充电等参数选择，这是通过功率因数控制方式保证系统运行不产生过大波动的方法之一。由于在变频工作过程中由于变频器在产生谐波产生大量的损耗功率，所以不适合采用这种控制方式，采用该优化方法可以使变频器在额定功率时，变频器电压稳定，同时进行了无功补偿功能的实现，从而使实际使用过程中可节约电能以及维护费用。此外还可以对变频器内部的励磁设备进行保护，防止由于励磁电流引起变频器内部故障而导致机器的损坏，该优化方法的优化效果较为明显，但是该优化方法虽然能够使变频系统在节能效果上具有明显提高，但是在运行过程中功率因数始终保持在一个比较低的状态下容易使变频器在使用过程中出现过热问题。为了使节约资源和保护环境等方面起到一定意义上的作用，因此选择这样一种控制方式就会对矿山机电设备变频控制系统起到一定的优化效果。通过以上分析可以得出两者最优运行参数为：通过正运行方式进行 PLC实现对变频器无功补偿功能；同时采用功率因数调整方式可以很好地实现变频器内电流自动调节功能，（下转第7 0 页）70 STONE 2 0 2 3 No.2施工技术的钢桩，一般有两种类型：H 型钢桩和钢管桩。预制混凝土桩基具有广泛的用途，其应用的过程中不需要投入过多的成本，而且，它的施工条件相对简单，可以保证施工的安全性和稳定性，在建筑完工后，可以更好地抵抗外部的压力。在采用预制桩施工技术时，会对周围环境产生一定的影响，这也是制约这项技术发展与应用的一个重要原因。在预制桩施工之前，相关人员必须根据现场的具体条件对桩头进行调整，并对打桩顺序进行调整。目前，国内外已有的制桩方法有静力沉桩、射水沉桩、锤沉桩等。在工程施工中，可根据现场的具体条件，合理地选用制桩方法。4.4 沉管灌注沉管灌注桩是在桩头上套一根与桩的设计尺寸相符的钢管，在钢管中悬挂钢筋骨架，使其梁柱混凝土振荡然后下沉，通过这种方法，可以利用波管的振动对混凝土进行振捣。施工方应首先对现场进行实地考察，在工地平整的基础上，清除工地上不相干的物品和不适合机器移动的松软场地。在此基础上，为确保产品的品质与性能均达到设计要求，相关的建筑工人在进行工程施工前要对所使用的材料进行性能测试