淺談變頻啟動器在煤礦帶式輸送機上的應用

摘要：結合本人在神華北電勝利能源公司實際工作經驗，闡述了在帶式輸送機系統中使用CST軟啟動技術時設備維護保養存在的問題。提出了將變頻器調速驅動技術應用于帶式輸送機中的必要性，并詳細介紹了變頻啟動器技術的工作原理、較之其它軟啟動的優點以及變頻技術應用于帶式輸送機傳輸中的重要意義。

關鍵詞：煤礦 帶式輸送機 CST 變頻啟動器 調速

1 CST在帶式輸送機使用中存在的問題

目前很多的煤礦企業的帶式輸送機一般采用CST機械式軟驅動設備。CST之所以能得到廣泛的應用，是因為它自身具有三大優點：平滑起動停車性能、功率平衡控制以及主電機空載順序起動。

雖然CST有如變頻器一樣實現了多驅動器之間的協調控制，使帶式輸送機在輕載及重載工況下，均能有效控制其柔性負載的軟起動／軟停車動態過程，實現各驅動之間的功率平衡，降低直接起動／快速停車過程對機械和電氣系統的沖擊，但是它同時存在著效率低、故障率偏高、維護保養復雜、工作環境差、不能調速運行、線性度不好等缺陷，而且由于啟動加速度大，導致帶式輸送機持續波動、張力特性較差，無法對長距離輸送的動態優化和安全啟動提供有效的保證。

在實際的應用中，由于CST本身的監控點比較多，在一定程度上增大了設備的監護，但是故障點自然也想的增加，設備的維護保養相對也比較大。例如我們要定期去更換系統濾芯、Y型濾芯、呼吸器濾芯，定期去檢查頻繁啟動的循環油泵電機接觸器觸點，定期對比例閥放大器進行校準，否則可能由于溫度、振動及其它環境的影響，放大器的比例、零位會產生一定的偏移，導致比例閥特性超出整定的范圍，影響我們正常的生產，因此定期維護是確保系統的可控性能必要條件；再者，CST輸出軸速度傳感器由于設備的振動，傳感器探頭與測速輪齒之間的間隙會增大，造成設備運行中速度檢測信號丟失，致使設備停車：三是內蒙古錫林郭勒盟地區晝夜溫差較大，特別是冬季，晚上經常是－30°左右，CST起車時經常因為出現冷卻流量超低故障而不能正常起車，即便設備運轉過程中因為環境溫度的影響，CST循環泵電機頻繁運轉，造成冷卻泵電機、循環泵故障率偏高，嚴重影響了正常的生產計劃。

另外，CST前期投資偏大，潤滑保養維護保養比較復雜，故障率偏高等都嚴重影響了生產效率，特別是對油溫要求比較高，致使循環油泵、電機長時間運轉，不但浪費能源，而且造成電機、循環泵、接觸器觸點故障率偏高，通過分析比較，帶式輸送機系統使用變頻器相對比較合適。

2 變頻技術及其優越性

隨著電力電子技術的發展，變頻技術在近20年得到了飛速的發展，中高壓變頻技術已經成熟，變頻技術在冶金行業獲得了廣泛的應用。把直流電轉換為交流電的裝置被稱為逆變器，而把直流電源逆變為頻率、電壓均可調的逆變器即為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要用于三相異步電動機的速度調整，故又被叫做變頻調速器。目前所使用的變頻器通常采用交一直一交變頻方式，先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源供給異步電動機。

變頻器應用于帶式輸送機類恒轉矩負載的調速驅動過程，優化了帶式輸送機的啟停特性，具有啟動沖擊小、可靠性高、調速范圍寬、節能、維護比較方便等特點。其優越性表現在以下幾個方面：一是軟起動性能好。起動時無任何沖擊電流，起動電流從零開始，緩緩達到工作電流，并且起動轉矩很大，完全可以實現帶式輸送機重載時的順利起動。二是調速范圍寬，可實現無級調速。通過改變電源的頻率，帶式輸送機機可實現任一速度(額定速度范圍內)運行，保證了生產的需要。三是節能效果好。由于起動電流小，低速時所需電流也小，因此可實現大量節能。四是安裝方便、維護量小且操作簡單。

3 變頻器工作原理

3.1變頻器調速原理變頻調速原理基于電動機的轉速公式：n=60f／p(1--SJ式中：n為電動機的轉速，r／min；f為電源的頻率，Hz；p為電動機的磁極對數：s為電動機的轉差率。由此可見，電動機的旋轉速度主要取決于電動機的磁極對數和電源頻率。由電動機的工作原理可知，電動機的磁極對數通常是固定不變的。因此，改變電動機供電電源的頻率就可以自由地控制電動機的旋轉速度。在異步電動機恒轉矩變頻調速系統中，隨著變頻器輸出頻率的變化，必須相應地調節其輸出電壓，這是由三相異步電動機本身的功率關系決定的。如果僅改變頻率而不調整輸出電壓，電動機將被燒壞。特別是當頻率降低時，該問題就非常突出。為了防止電動機燒毀事故的發生，變頻器在改變頻率的同時必須同時改變電壓。例如，為了使電動機的旋轉速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這時變頻器的輸出電壓就必須從400V改變到約200V。

3.2變頻控制原理 目前變頻器所采用的變頻控制技術通常為PWM脈沖寬度調制技術和矢量控制技術。

PWM(Pulse Width Modulation)即脈沖寬度調制技術，現以PWM中最常用的SPWM正弦波脈沖寬度調制技術為例說明PWM變頻控制的原理。SPWM是指按正弦波規律調制輸出電壓中各脈沖寬度，使其平均值為正弦波。SPWM含載頻信號和基準信號，載頻信號為等腰三角波，基準信號為正弦波。通過正弦波與三角波相交的方法，確定各分段矩形脈沖的寬度。由于三角波相鄰兩腰間的寬度隨其高線性變化，故任一條不超過可調制范圍的光滑曲線與三角波相交時，都會得到一組等幅、等矩、脈沖寬度正比于該曲線值的矩形脈沖。用正弦波為基準信號時，可獲脈寬與正弦波值對應的矩形脈沖序列。該脈沖序列信號用于逆變器電子開關的開通與關斷控制時，改變正弦波基準信號的幅值和頻率，即可相應地改變逆變器的輸出電壓與頻率。定子電流矢量，所以稱這種控制方式為矢量控制方式。矢量控制可調整變頻器的輸出電壓，使電動機的輸出轉矩和電壓的平方成正比地增加，從而改善電動機的輸出轉矩。使用“矢量控制”，可以使電動機在低速時的輸出轉矩達到額定轉矩。

矢量控制的基本原理是通過測量和控制異步電動機的定子電流矢量，根據磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產生磁場的電流分量(勵磁電流)和產生轉矩的電流分量(轉矩電流)，分別加以控制，并同時控制2個分量的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式為矢量控制方式。矢量控制可調整變頻器的輸出電壓，使電動機的輸出轉矩和電壓的平方成正比地增加，從而改善電動機的輸出轉矩。使用“矢量控制”，可以使電動機在低速時的輸出轉矩達到額定轉矩。

4 使用變頻器調速的意義

綜上所述，我們不難發現變頻技術對帶式輸送機實施必要性，特別是針對長帶式輸送機運輸系統。雖然～些設備如同CST一樣可以實現帶式輸送機的軟起、軟停和功率平衡問題，大大提高系統的功率因數和系統效率。但是變頻器使用在很大程度上節約了能源，使得帶式輸送機的能耗降低：而且大大節約了設備的維護和維修費用，但就CST、充液型液力耦合器維護保養來說，變頻器完全有必要取代它們。特別是針對單帶式輸送機輸送系統來說，減少設備的故障率是保證生產的重要要素，換句話來說，長距離帶式輸送機使用變頻器驅動方式是煤礦設備發展的趨勢。實踐表明，變頻控制系統與其它控制系統相比，有著無法比擬的優越性和技術先進性；在煤炭行業的節能改造中應用變頻調速技術，能夠創造巨大的經濟效益和良好的社會效益，對于創建節能環保型社會具有重要的意義。

參考文獻：

[1]黃俊，王兆安電力電子變流技術(第四版)，北京：機械工業出版社2000

[3]顧繩谷，電機拖動基礎(下冊)，北京：機械工業出版社2000

[4]趙可斌，陳國雄，電力電子變流技術，上海：上海交通大學出版社1993

[5]天津電氣傳動設計研究所電氣傳動自動化技術手冊，北京：機械工業出版社1992

作者簡介：陳玉，男，漢族。畢業于中國礦業大學采礦專業，學士學位，現為內蒙古錫林浩特市神華北電勝利能源有限公司運銷公司裝運部技術員，主要從事露天采礦技術與設備方面的研究。