變頻驅動技術在煤礦帶式輸送機中的應用

仝志宏

山西焦煤屯蘭礦， 山西 太原

山西焦煤屯蘭礦井下南二強力膠帶，全長1800米，運量1500噸∕小時，采用傳統的400KW電機+油葫蘆+減速器進行拖動，整部膠帶由三臺400KW異步電動機，通過油葫蘆與減速器連接，再通過減速器輸出軸來帶動三個主動滾筒，靠主動滾筒與皮帶間的摩擦力來保證膠帶的正常運轉。由于重載啟動頻繁，整機受到的沖擊力較大，膠帶各部件磨損損壞嚴重，特別是高壓電機經常燒毀，不僅維護使用資金投入很大，而且影響了礦井的安全可靠運行。經技術論證，屯蘭礦決定改進帶式輸送機控制方式，選用唐山開誠電器有限公司生產的ZJT-630/1140型變頻器，成功地解決了頻繁啟停的井下帶式輸送機的啟動問題。該項技術的應用。起到了節能增效，消除電氣及機械沖擊，延長設備使用壽命，減少設備維護量，特別是提高了重載啟動時的起動轉矩，具有很強的經濟社會效益。

1 改進前南二強力膠帶運行狀況

該膠帶在屯蘭礦投產時就已經安裝使用，剛開始由于膠帶運輸距離短（800米），產量也相對較少，直接啟動的弊端不明顯，后來隨著礦井產量提升，運輸任務增大，運輸距離加大，膠帶及其它機械電氣部件損壞明顯加大，主要表現在這幾個方面：①驅動滾筒及導向滾筒軸承磨損加劇，包膠層脫落嚴重；②托輥損壞量加大；③皮帶架經常拉壞；④耦合器故障率加大；⑤減速器發熱、軸承及傳動軸損壞加劇；⑥高壓電動機壽命縮短經常燒毀。更為嚴重的是重載啟動時膠帶打滑發熱冒煙、甚至可能出現斷帶釀成嚴重事故，制約生產的因素明顯增多，膠帶電控改造勢在必行。

2 現場條件及變頻設備選型

2.1 現場條件

1)拖動形式：南二強力膠帶輸送機機頭三個驅動電機

2)電機功率：3×500kW

3)電壓：電機供電電壓從6千伏降至1140伏

4)運輸長度：1800米

5)皮帶寬度：1.2米

6)傾 角：上運平均90

7)運 量：1500T/h

8)蛇簧聯軸器代替原有耦合器

2.2 變頻器技術參數和要求

1)額定電壓：AC1140V，50Hz

2)電壓允許波動范圍: -15% ～ +10%

3)輸出頻率: 0～50Hz

4)額定功率:630kW

5)過載能力為 1.5倍額定電流一分鐘。

6)電機起停機時間0～500S連續可調。

7)采用無速度傳感器的矢量控制方式。

8)具有過/欠壓、過電流、過載、過熱、缺相等保護，設有故障記憶功能，能保留最近10次故障的功能號碼和最后一次故障的參數。

9)低頻運轉時，有自動轉矩提升功能，能保證100%的額定轉矩。

10)變頻器具有良好的互換性，任何1臺有故障不影響其他設備的正常運行。

11).具有自動功率平衡功能，具有工頻應急系統（即故障時必須有旁路應急運行）。

經過相關部門的選型論證確定選用唐山開誠電器有限公司生產的ZJT-630/1140型變頻器。

3 膠帶變頻驅動技術的優勢

3.1 屯蘭礦傳統電機+油葫蘆+減速器聯合拖動的弊端

1）啟動時電機必須全頻、全壓啟動，這種啟動方式啟動電流大，啟動力矩小，機械振動大，使膠帶各部件受沖擊力大而加劇損壞。

2）大功率電機直接啟動，啟動電流太大，電網壓降大，對電網影響較大，另為帶式輸送機運行時，消耗的額外功率太大，不利于節省電能。

3）油葫蘆存在機械磨損和內部葉輪容易損壞、接合面漏油現象，有時兩三個月就需要更換，更換時必須停產，煤礦效益影響較大。

4）油葫蘆不能解決機械運轉同軸度與三臺電機的功率平衡關系，縮短電機、減速器等機械件的壽命。

3.2 屯蘭礦主井膠帶CST傳動的弊端

1）價格貴，初期投資大，備品備件成本較高。

2）必須采用專用油，且油價昂貴，維護難度及成本相對較高；且更換油時需停車，影響生產。

3）通過調節油膜間距，實現軟啟動，不能實現過程控制。其高位調節片不能長時間離開高位置，發熱較嚴重

4）CST基本沒有節能功效，達不到節能效果。

5）由于機械原因，使用時間長，間隙增大，便發生漏油現象，污染使用環境。

6）CST靠機械連接在電機和皮帶之間，穩定性較差，一旦CST故障，整個系統都要停止，沒有辦法跨過CST運行，故障率較高。

3.3 屯蘭礦南二強力膠帶變頻驅動技術的優勢

1）真正實現了膠帶輸送機運行的軟啟動。應用變頻器的變頻功能，改善了膠帶的啟動過程，驅動電機在變頻器的控制下，從零速起步緩慢啟動，相應的膠帶機也緩慢運轉，使膠帶機在啟動運行過程中產生的沖擊波極小，有效地保護了皮帶不受損害。

2）應用變頻器對皮帶機進行驅動時，一般采用一拖一控制，當多電機驅動時，通過通訊方式，實現主從聯動，達到多臺電機的功率平衡。

3）降低了膠帶機的日常檢修維護量。變頻器是電控設施，它不同于機械元件，壽命長且易維護，有效降低整個膠帶運輸系統的維護量。特別是利用了變頻器的變頻啟動功能，啟動過程中對電機、減速器、機架、皮帶等部件沖擊力極小，這樣整部膠帶機機械件的壽命大大延長，膠帶的日常維檢量也小得多。

4）通過電流與速度閉環，實現系統雙閉環控制；啟動平穩，啟動轉矩大，不存在沖擊電流的影響。

5）在膠帶機上采用變頻技術后的節能效果主要體現在系統功率因數和系統效率兩個方面。采用變頻器驅動后，在整個過程中功率因數達0.95以上，大大節省了無功功率，系統總的傳遞效率要比液力耦合器驅動的效率要高5%～10%。

6）基本無故障，實現免維護。

7）設備主要為模塊化的電子元器件，備品備件充足，更換方便。

8）完善的保護功能 ,具有電機過載、電機過流、電機缺相、電機堵轉、過壓、欠壓、短路、溫度等保護功能。

4 變頻驅動裝置的日常維護保養

4.1 除日常檢查外尚需定期（最多6個月）檢查緊固件是否松動、是否有過熱痕跡、是否有放電現象、灰塵是否太多、風道是否堵塞、電解電容表面有無異常、導線導電排有否松動及線柱螺栓或螺釘有否松動。

4.2 在檢查時，不可無故拆卸或搖動器件，更不能隨意拔掉接插件，否則將不能正常運行或進入故障顯示狀態及導致元器件的故障甚至主開關器件IGBT模塊損壞。

4.3 為保證變頻器可靠運行，除定期保養、維護外，應對機內長期承受機械磨損的器件——所有冷卻用的風扇和用于能量緩存與交換的主回路濾波電容器以及印刷電路板等進行定期更換。一般連續使用時，風扇2～3年，濾波電容器5～6年，印刷電路板6～8年應該進行更換。

5 結束語

實踐證明，采用變頻驅動技術控制膠帶輸送機具有可靠性高、節能高效，消除電氣及機械沖擊，延長設備使用壽命，減少設備維護量，具有很強的經濟社會效益，非常值得推廣使用。

[1]王兆義等編著. 變頻器應用 [專著]:專業技能入門與精通 .機械工業出版社,2010

[2]羅克韋爾自動化動力系統（上海）有限公司.CST用戶手冊