試論煤礦運輸機中變頻調速技術的應用

摘 要：煤炭行業逐年發展，在多個方面均需改進，尤以運輸機為甚。傳統運輸機效率低耗能高，所帶來的成本較高，因此急需引入變頻調速技術來提高運輸機的效率降低能耗。變頻調速技術是一種新型的調速控速技術，其對速度安全穩定的調節，對相關機械的保護，在各個行業應用均具有重大的意義。針對社會發展對變頻調速技術的需求，文章著重分析變頻調速技術的發展現狀以及在煤炭運輸機中的應用，以供大家參考。

關鍵詞：煤礦運輸機；變頻調速；應用

變頻調速技術是以電源頻率與電機轉速的正比關系作為原理基礎的，根據這種正比關系，通過改變輸入電源頻率的方式，達到改變電機轉速的目的，以實現變頻調速。變頻調速技術是綜合了電力電子和微電腦控制技術的一種綜合性技術，具有較好的發展應用前景。

1 煤炭運輸機簡介

煤炭運輸機系統是煤礦工業的重要環節，這要求煤礦運輸機系統能夠高效穩定的運轉。在傳統的運輸機系統中，當低速扭矩發生變化時，運輸機系統的速度卻會保持穩定不隨之發生變化。在整個運輸環節中，不論是運輸煤炭還是物資材料，運輸機速度不隨扭矩變化而變化，僅僅是負載電阻產生一定的變化。除去這點，整個運輸系統中，傳送帶的速度也基本是固定不變的。從運輸操作的方式來說，就是超低功率近零電源，在幾百米到幾千米的傳輸距離中，低速驅動系統有著很大的實際意義。煤炭運輸機系統是很龐大而繁雜的系統，對技術集中程度很高。其中矢量系統能夠長期處于高性能和低耗能的狀態。煤炭運輸機系統中的速度反饋，可以事先預定速度，通過監測自動調節扭矩，還可以根據實際情況加入張力測量等操作程序以完善控制過程，以便使整個運輸系統安全穩定高效的運行。

2 簡析變頻調速基本原理

變頻調速是通過改變輸入電源頻率以達到調節電機速度的一種技術，其發展基礎就是電源頻率與電機速度的正比關系：n=60f（1-s）/p。式中，n代表電機轉速，f代表輸入電源頻率，s代表電機轉差率，p代表電機磁極對數。從式子中不難看出，在選定電機之后，電機轉差率s和電機磁極對數p都是固定值，唯一能引起電機轉速n發生改變的因素就是輸入電源頻率f。而且可以看出，電機轉速隨輸入電源頻率增大而增大，隨輸入電源頻率減小而減小。此外，當電機在額定功率下工作時，磁路狀態趨于飽和，主磁通增加會導致磁路狀態超過最大值，致使電機的工作效率下降，同時使負載能力降低。運用變頻調速技術，可以有效避免磁路狀態超過飽和，從而使電機一直處于高效率的工作狀態。變頻調速系統是變頻調速技術的具體產物，變頻主體和電抗器是變頻調速系統的核心，再輔以其他元器件，就組成了完整的變頻調速系統。完整的變頻調速系統由各個元件互相協調，實現對電機的速度調節以及故障控制。

3 變頻調速技術的發展應用現狀及特點分析

近些年隨著科技水平進步，我國變頻調速技術也取得了重大發展成果，也有許多企業具備了生產變頻調速機械的技術與能力。目前國內大部分變頻調速產品主要分為矢量控制和異步控制兩類。這兩類產品與國外產品相比，在效率與精度上都有不小的差距，所以市場占有率很低，致使國內企業大多選用國外的變頻調速相關產品。總體上來說，變頻調速具有運行穩定精度高能耗低等特點。與其他傳統調速方式相比，變頻調速具有以下優點：一是變頻調速建立在矢量控制、轉差頻率控制和直接轉矩控制等新理論的基礎上，技術發展日益深入成熟；二是超大規模集成電路和大功率電器元件逐步問世，為變頻調速技術的發展奠定了物質方面的基礎，是變頻調速技術得以有物質基礎作為支撐；三是伴隨全球經濟一體化信息一體化，世界范圍內的技術交流越發方便，使變頻調速能夠快速革新技術，走在最前沿。

4 變頻調速技術在煤炭運輸機中的應用分析

煤炭運輸機系統是由電氣和機械等系統組成的一個繁雜的系統，其運轉速度高，載荷重。因此在運行過程中，由于啟動制動等操作手段會使傳送帶的動態張力增大，致使傳送帶可能發生打滑。同時，由于動態張力增大，傳送帶表面與滾筒之間產生大量摩損，使傳送帶與滾筒之間的摩擦阻力減小，導致傳送帶與滾筒的速度差增大，降低了傳送效率與安全性。

煤炭運輸機系統的工作程序，大致可以分為三步：起步階段所需時間，能夠影響傳送系統中靜態電阻對滾筒的驅動，這是由靜態電阻驅動動滑輪的時間所決定的。在系統啟動的時候，靜阻力消失，轉而變為動阻力，帶動傳送帶開始運動。在靜阻力變為動阻力的過程中，傳送帶發生振動，使得傳送帶橫截面的動態張力增加，傳送帶速度變緩。在運輸系統啟動的時候，這部分增加的動態張力，在驅動推動的作用下，傳送到切入點并返回。在運輸階段，由于系統達到額定功率與額定轉速，這個階段看似運輸處于平穩狀態，實則是不平穩的。因為工業中使用的交流電的性質，致使傳送帶在啟動時，傳送帶中產生了較大的動態張力。由于傳送帶具有彈性和張性，在較大動態張力的作用下會產生形變，并且在傳送過程中，傳送帶各處的張力是不同且不穩定的。因為傳送帶在啟動前各段的靜阻力不一樣，隨著傳送帶逐步啟動，就造成了傳送帶各處產生的動態張力也不一樣。比如傳送過程中的一段當傳送帶兩端的拉力差大于自身阻力時，傳送帶才能夠啟動運轉。所以電機的驅動力變化時，傳送帶受到驅動力變化的影響，表面張力很容易達到峰值。這和傳送帶長度、傳送帶材料性質以及所受阻力等原因有關。對于這些問題，通過變頻調速系統改變傳統驅動方式所帶來的阻力變化，消除傳送帶在啟動時產生的動態張力，讓傳送帶運行平穩，是煤炭運輸系統提高效率與安全的最佳方式。

當運輸系統處于不穩定的工作狀態下時，傳送帶不僅受到驅動帶來的動態張力，還會受到由速度變化而帶來的附加張力。運輸機系統啟動后，附加張力與動態張力會形成疊加，這種情況會造成滾筒張力急速增大，讓運輸機系統的運行狀態極不穩定，嚴重的時候還可能引起部分零部件的損毀，導致系統無法運行。對此，在運輸機系統中加入變頻調速技術，通過變頻調速技術來控制電機運轉。變頻調速系統可以改變輸入電源的頻率以改變電機啟動時的運轉性質，通過對時間范圍進行事先計算，在啟動時由零逐漸增大到額定的運行速度。這樣的一個過程不會對電網造成負荷沖擊，并且啟動十分穩定，減小了傳統方式所產生的各種阻力，可以增加機械的使用期限，還可以減少對機械造成的損毀，避免了經常檢修或更換。

此外，變頻調速系統可以進行智能調速，通過對傳送帶上煤炭的總重監測進而對系統運行速度進行智能調控。變頻調速系統主要是通過監測，對實際情況進行分析，根據需要將電機和運輸系統合而為一，分步進行啟動，逐步消除傳送帶中存在的能量與張力，讓整個啟動過程平穩安全，同時還可減小傳送帶的損耗以及一些其他零部件的磨損。通過一些煤炭企業的實際使用情況來看，變頻調速系統可以切實降低運輸機系統的損耗，提高整個運輸機系統的使用期限，提升運輸機系統的運輸效率與安全性。

5 結束語

總的來說，通過實踐證明變頻調速技術的實用性與高效性。在煤炭運輸機中引入變頻調速技術之后，整個煤炭運輸體系的效率與安全均得到了大幅提升，運輸系統的能耗也有了明顯降低。此外，還為企業節約了成本，創造出更大的利益。

參考文獻

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