變頻器在帶式輸送機軟啟動中的應用

胡斌

摘要根據帶式輸送機的啟動特性，對軟啟動過程進行了分析，介紹了變頻器在東灘煤礦東翼皮帶機軟啟動中的應用。

關鍵詞變頻器帶式輸送機軟啟動

中圖分類號：TD528 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0081-02

帶式輸送機由于運輸量大，連續性強，工作效率高，維護簡單等特點，已經成為了現代化大型煤礦主煤流系統的重要設備。隨著煤礦產量的不斷提高，原煤運輸戰線不斷延長，帶式輸送機也朝著運量大、距離長、帶速高的方向發展，軟啟動對于帶式輸送機越來越重要。目前，帶式輸送機軟啟動技術多種多樣，比較典型的有：調速型液力耦合器、可控軟起動裝置（CST）、液粘軟啟動裝置、交直流變頻器裝置。井下帶式輸送機對軟啟動技術的要求是：①系統簡單，起動特性好，啟動轉矩大；②易于形成防爆結構；③工作可靠，維護量小；④價格適中。直流電機因不宜形成防爆結構而未能應用于井下；CST的維護量及維護要求復雜，同時價格較高，因此煤礦井下應用較少；采用無速度傳感器矢量控制的防爆變頻器，將成為煤礦符合井下帶式輸送機軟啟動要求且價格適中的理想拖動設備。

1帶式輸送機簡介

帶式輸送機又被稱作膠帶輸送機，是一種摩擦驅動以連續方式運輸物料的機械，主要由機架、膠帶、托輥、滾筒、張緊裝置、驅動裝置等組成。膠帶根據摩擦傳動原理而運動，它可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料點到最終的卸料點間形成一種物料的輸送流程。它既可以進行碎散物料的輸送，也可以進行成件物品的輸送。適用于輸送堆積密度小于1.67 t/m3，易于掏取的粉狀、粒狀、小塊狀的低磨琢性物料及袋裝物料，如煤、碎石、砂、水泥、化肥、糧食等。除進行純粹的物料輸送外，還可以與各工業企業生產流程中的工藝過程的要求相配合，形成有節奏的流水作業運輸線。廣泛應用于礦山、港口、機械制造、食品等行業。帶式輸送機具有輸送能力強，輸送距離遠，結構簡單易于維護，能方便地實行程序化控制和自動化操作。

2變頻技術簡介

隨著科學技術的不斷進步，以及人們對電機控制要求的提高，變頻技術的使用越來越廣泛，無論是工業設備上還是家用電器上都有變頻技術的應用。變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電源頻率的電氣設備。變頻器主要由主回路和控制回路組成，主回路包括整流部分、濾波回路、逆變部分，控制回路包括控制單元、驅動單元、檢測單元、微處理單元。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據控制要求來提供電源電壓，進而達到調速、節能的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如超溫、過流、過壓保護等。隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。

通常，變頻器首先要把三相或單相交流電變換為直流電，然后再把直流電變換為三相或單相交流電。變頻器同時改變輸出頻率和電壓，也就是改變了電機運行曲線上的n0，使電機運行曲線平行下移。因此變頻器可以使電機以較小的啟動電流，獲取較大的啟動轉矩，即變頻器可以重載啟動。

變頻器具有調壓、調頻、穩壓、調速等基本功能，應用了現代的科學技術，價格昂貴但性能良好，內部結構復雜但使用簡單，所以不只是用于啟動電動機，而是廣泛的應用到各個領域。

3變頻器在東灘煤礦東翼皮帶機軟啟動中的應用

3.1 皮帶機主要技術參數

東灘煤礦東翼皮帶機，擔負著該礦東翼一采區、三采區及北翼14采擴大區的原煤運輸任務，運輸距離L=3400 m，帶速V=3.15 m/s，運輸能力為Q=1650 t/h，巷道角度：0°（基本水平），張緊方式采用機頭液壓馬達張緊裝置。電機功率：7×250 kW，機頭5臺電機，機尾2臺電機，功率配比為2:2：1:2。

3.2 變頻器主要技術參數

1）輸入電源電壓AC1140V，頻率50 Hz；電壓范圍-15%～+10%；頻率允許波動范圍±2.5%。

2）輸出頻率范圍0～50 Hz，并且連續可調。

3）過載能力1.5IN二分鐘，2IN一分鐘。

4）額定工作電流時的功率因數COSΦ＞0.98。

5）低頻運轉時，有自動轉矩提升功能，能保證100%的額定轉矩。

6）變頻器設有欠壓、過壓、過流、過載，功率元件過熱和電機缺相等保護，配用故障記憶功能，能保留最近20次故障的功能代碼和最后一次故障的參數。

隔爆變頻器的控制及主回路器件全部選用德國SIEMENS器件，控制技術采用德國西門子公司專為井下大功率恒轉矩負載設計的矢量控制技術；主回路系統IGBT為德國西門子公司EUPEC分公司3300VDC/400A模塊2并聯（最大工作能力可達355 kW），啟動轉矩為額定轉矩的2倍。

3.3 較好的軟啟動、軟停車特性

軟啟動、軟停車特性是帶式輸送機驅動系統的首選目標。皮帶本身是一個彈性體，在運輸物料運行時又具備極大的慣性，帶式輸送機啟動加速度與停車減速度的值越大，在皮帶上儲存的能量就越大，而釋放這些能量就會對輸送機機械系統產生極大的沖擊。該變頻器的啟動、停止時間是任意可調的，也就是說啟動時的加速度和停車時的減速度任意可調，同時為了平穩起動、停車，還可匹配其具備的S型加、減速時間，這樣可將帶式輸送機起、停時產生的沖擊力減少至最小程度[1]。

3.4 平穩的重載啟動特性

帶式輸送機在運轉過程中任何時間都可能立即停車并重新啟動，所以必須考慮重載停車、啟動的工況。另外由于采用無速度傳感器矢量控制方式，低頻運轉可輸出1.5～2倍額定轉矩，因此最適合重載起動停車、啟動的工況。重載起動特性見右圖。

3.5 速度可調的驗帶功能

東灘煤礦的原煤運輸系統多以帶式輸送機為主，運輸系統日常檢修、維護的工作主要是帶式輸送機的檢修、維護，低速驗帶功能極大地方便了檢修人員對皮帶破損情況的查找工作。變頻調速系統為無級調速的交流傳動系統，在空載驗帶狀態下，變頻器可調整電機工作在5%～100%額定帶速范圍內的任意帶速，并且可以長期工作。

4結束語

通過變頻器在東灘煤礦東翼皮帶機這幾年的運轉情況來看，該系統很好地實現了帶式輸送機平穩啟動、停車的問題，為礦井安全生產作出了巨大的貢獻。

參考文獻

[1]唐山開誠電控設備集團有限公司.山東兗礦集團東灘皮帶變頻方案.2010.

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