變頻調速技術在礦用膠帶輸送機上的應用

張 宇

(開灤集團有限公司唐山礦業分公司 機電科，河北 唐山063000)

在煤礦生產中，膠帶輸送機是的最主要的運輸工具，該系統的正常運行直接影響礦井正常生產和生產效率。因此主井膠帶輸送機的穩定運行就顯得尤為重要。而煤礦安全規程規定，膠帶輸送機必須加設軟起動裝置，這使得變頻技術在煤礦生產中應用越來越廣泛。

1 變頻調速技術在膠帶輸送機上的特點

膠帶輸送機的皮帶是個彈性體，在起動時皮帶會積蓄大量能量，隨后，皮帶內貯藏的能量將很快釋放出去，在皮帶上形成張力并逐漸達到最大值并引起皮帶斷裂。因此，膠帶輸送機起動、停止的過程是一個不穩定的工況，為減小膠帶輸送機這一起動特性，系統應加裝軟起動裝置，運用變頻器對膠帶輸送機進行驅動，通過電機的慢速起動，帶動膠帶輸送機緩慢起動，將皮帶內部貯存的能量緩慢釋放。變頻器的引入可使系統平穩起停，減小皮帶上張力值，還可匹配其具備的S型加速、減速時間這樣可將膠帶輸送機起停時產生的沖擊減至最小。

另外，應用變頻技術后，因為變頻器的起停時間可在1S～3600S任意可調，而膠帶輸送機起停時間可根據現場情況具體設定，可延長膠帶輸送機的起動時間，從而大大降低膠帶輸送機起停時的不穩定，大大降低膠帶機皮帶表面張力，大大減少機械系統設備的損耗，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長。

功率平衡

煤礦井下膠帶輸送機系統大多為雙滾筒驅動或多滾筒驅動，系統為每個滾筒配備一臺電機。根據設計要求，應保證系統內部各滾筒能夠同步起停，同時為了保證系統的運輸能力，應盡量保證各滾筒之間的功率平衡。因此，應用變頻器對皮帶機進行驅動，通過調節變頻器輸出的驅動電機的電流差值的大小來調整每臺電機的轉速差值，各電機電流值逐步趨于平衡。這便形成了一個動態的功率平衡系統。

平穩的重載起動

煤礦膠帶輸送機系統必須必須考慮“重載起動”以保證在輸煤過程中任意一刻可以隨時立即停車和重新起動。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。“重載起動”重載起動特性見下圖：

驗帶功能

低速驗帶功能是膠帶輸送機檢修的主要要求，變頻調整系統為無極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。

降低皮帶帶強

采用變頻器驅動之后，由于變頻器的起動時間可在1S～3600S可調，通常膠帶輸送機起動時間在60S～200S內根據現場設定，膠帶輸送機的起動時間延長，大大降低對皮帶帶強的要求，降低設備初期投資在實際應用過程中，由于降低了起動沖擊，膠帶輸送機機械系統的設備損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長。

自動調速

節電效果明顯變頻器配合煤流傳感器可以根據負載輕重自動調節皮帶速度，節電的同時還減少了皮帶的磨損。

節能引入變頻機驅動后還能降低膠帶輸送機的能耗。

通常機械系統設計中電機的設計功率要比電機的實際滿載功率要大，預留的裕量較大。而電機只有在接近滿足時其功率因數才最佳，實際應用中功率因數很低。采用變頻技術驅動電機后，可大大改善上述情況，使功率因數達到0.9以上。

傳統膠帶輸送機系統采用液力耦合器來實現傳動，其本身的傳遞效率不高。采用變頻技術驅動后，去掉了液力耦合器的環節，系統的傳遞效率比傳統可提高5%～10%。

另外，應用變頻器的自動穩壓功能，可減少由于礦井離變電站距離較遠，不同時段電壓波動較大給系統帶來的影響，也有部份節能作用在匹配煤流傳感器后，還可自動依據煤流大小自動調速。

2 變頻器選型

（1）煤礦井下開采作業的環境特點是：作業空間狹小、潮濕空氣中含有瓦斯粉塵等易燃易爆炸成分；按照煤礦安全規程的要求，在煤礦井下采掘工作面使用的電氣設備和控制設備，必須是隔爆型或本質安全型設備。

（2）充分考慮電氣爬電功率器件散熱安全控制等技術問題。如果采用水冷，還需要考慮變頻器對水質的要求，避免因水質問題影響變頻器的散熱

（3）防護等級的選擇 從變頻器的防護等級來看，有IP00的，IP20的，也有IP54的等等，要根據現場環境情況作出相應的選擇 礦用變頻器由于使用環境限制一般需采用IP54以上高防護等級的變頻器IP。

（4）變頻器的容量選擇 在異步電動機確定后，通常應根據異步電動機的額定電流來選擇變頻器，或者根據異步電動機實際運行中的電流值(最大值)來選擇變頻器。

根據經驗公式可知變頻器的額定電流應滿足：

I變≥（1.05-1.1）IN或 I變≥（1.05-1.1）IMAX

I變——變頻器的額定電流

IN——驅動電機的額定電流

IMAX——驅動電機實際運行的最大電流

按容量選擇時，則變頻器容量應滿足

P變≥1.732KINUN10-3（kVA）

UN——驅動電機的額定電壓

K——安全系數，通常取（1.05-1.1）

對變頻器額定電流的選擇必須兼顧變頻器的容量和變頻器的額定電流，否則會造成變頻器過載燒毀。由于膠帶運輸機經常處于頻繁啟動制動工作負載慣性很大，啟動時可能會振蕩，電動機減速時有能量回饋，而且重載啟動且較頻繁，為利于變頻器長期安全地運行，應該用容量稍大的變頻器來加快啟動，避免振蕩并配合制動單元消除回饋電能。

I變≥1.3IN

P變≥1.732KINUN10-3（kVA）

K——安全系數取1.5

在變頻器的選型時還應注意，相同設備配用的變頻器的規格應盡可能統一，便于備品備件的準備，便于維修管理 選用時還要考慮生產廠家售后服務質量情況。

3 結束語

實際應用表明，變頻調速技術的引入以其特有的軟啟動特性不僅減小了皮帶的張力，使膠帶輸送機以較平穩的工況起動、停止，而且增加了系統的可靠性，減少了膠帶傳輸系統的維護和磨損。變頻調速技術是企業技術改造和產品更新換代的理想調速裝置。

［1］方大千.變頻器、軟起動器及PLC實用技術問答[M].北京：人民郵電出版社，2007.

［2］劉美俊.通用變頻器應用技術[M].福州：福建科學技術出版社，2005.