輸煤膠帶系統(tǒng)中變頻器的應(yīng)用

悅中超 敖偉

摘 要：近年來，煤礦增產(chǎn)降耗的大力號召受到社會各界人士的關(guān)注，煤礦生產(chǎn)中各項設(shè)備的改進已經(jīng)迫在眉睫。信息化社會的到來，使變頻器在輸煤膠帶系統(tǒng)中得到廣泛使用。變頻器可有效降低機械系統(tǒng)的損耗，從而減少日常維護量，降低能耗，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。但是，其在露天煤礦的日常工作中的應(yīng)用尚處于起步階段，人們?nèi)狈ψ冾l器的正確認識，無法正確應(yīng)用該裝置。該文詳細闡述了變頻器在輸煤膠帶系統(tǒng)中的調(diào)速原理和實際應(yīng)用情況，并總結(jié)和分析了其應(yīng)用特征，旨在為相關(guān)工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞：變頻器 輸煤膠帶 節(jié)能控制 應(yīng)用

中圖分類號：TN773 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（c）-0086-01

輸煤膠帶系統(tǒng)作為露天煤礦輸送的重要運輸設(shè)備，具有較強的連續(xù)性、安全性和可靠性，運輸距離較長且運輸能力較大。變頻器的應(yīng)用，通過電壓和頻率的改變確保交流電動機處于可控狀態(tài)，以調(diào)整膠帶運輸機的運轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)負載動態(tài)調(diào)節(jié)。因此，深入對輸煤膠帶系統(tǒng)中變頻器的應(yīng)用進行分析和探討勢在必行，具有十分重要的作用和意義。

1 變頻器的工作原理

1.1 調(diào)速

基于煤礦企業(yè)的特殊性，其膠帶系統(tǒng)中變頻器多為ABB和西門子，驅(qū)動電機多為西門子電機，電機功率均在3kW以上，變頻器與控制柜之間通過Profibus-DP（Decentralized periphery）總線模式控制所有通訊設(shè)備。Profibus-DP負責傳送現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)，定期從主站讀取輸入信息并將對應(yīng)信息發(fā)送至從站，具有循環(huán)時間短、低成本特征。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由整流、濾波、逆變?nèi)齻€單元和控制電路組成。

三相異步電動機工作效率公式為：，該公式中，電動機轉(zhuǎn)速為；電網(wǎng)頻率為；電動機轉(zhuǎn)差率為；電動機極對數(shù)為，當轉(zhuǎn)速與頻率成正相關(guān)時，改變電網(wǎng)頻率即可改變電動機轉(zhuǎn)速。當電網(wǎng)頻率處于0～50Hz中持續(xù)變化時，電動機轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)范圍較廣。

變頻器即是通過改變電動機頻率來自動調(diào)節(jié)速度的，膠帶運輸主要通過變頻驅(qū)動來控制。在皮帶機啟動過程中，可解決軟啟動、超過額定轉(zhuǎn)矩約1.5倍狀態(tài)下的重載起動，使電網(wǎng)和皮帶的啟動沖擊相對減少；而在空載、輕載狀態(tài)下，變頻器可自動降低運行速度，起到節(jié)能降耗的作用，在一定程度上，可延長膠帶輸送機皮帶使用壽命，實現(xiàn)多臺電動機的拖動平衡。總的來說，變頻器的工作原理主要是將電源狀態(tài)進行調(diào)整，由交—直—交轉(zhuǎn)換，通過整流裝置進行調(diào)節(jié)，將工頻交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源再轉(zhuǎn)換為電壓或電流可控制交流電源，為電動機的正常運轉(zhuǎn)提供動力來源。

1.2 實際應(yīng)用

如圖1所示，在變頻器實施方案中，將原有1140V電源轉(zhuǎn)換為變頻電源，具有頻率可調(diào)功能，滿足160kW膠帶驅(qū)動電機的使用需求；對驅(qū)動器的起動、停止與加減速進行變頻控制；將膠帶漲緊力、保護器故障信號等進行采集，結(jié)合輸煤膠帶系統(tǒng)的實際情況設(shè)定參數(shù)，對膠帶運行起到保護作用；在機尾設(shè)置調(diào)速裝置。

在采用變頻器對輸煤膠帶系統(tǒng)進行改造后，相比傳統(tǒng)的直接起動方式，膠帶變頻控制起動具有以下特點：減少起動電流，使電機起動時對電網(wǎng)造成的沖擊大大降低；優(yōu)化重載起動性能，采用無速度傳感器矢量控制方式，使膠帶機在重載狀態(tài)下，仍能平穩(wěn)起動；可根據(jù)膠帶機的載重情況對膠帶機運行速度進行調(diào)節(jié)，不僅提高了有功功率，還大大降低了能耗；由于在起動階段與停止階段，膠帶機都能保證平穩(wěn)，膠帶張力至少降低了30%，降低了膠帶的強度等級，并大大延長了膠帶的使用壽命，同時減輕了對機械傳動裝置的磨損。

2 變頻器在輸煤膠帶系統(tǒng)中的應(yīng)用特點

2.1 控制優(yōu)勢

將變頻器應(yīng)用于輸煤膠帶系統(tǒng)，可反映出其優(yōu)越的軟起動與軟停止特性。對于變頻器而言，其起動時間與停止時間在0～10min范圍內(nèi)是可任意調(diào)動的。也就是說，在起動階段的加速度與停車階段的減速度都具備可調(diào)性。同時，為了使起動更加平穩(wěn)，還能配置相應(yīng)的S型加減速時間，將輸煤膠帶機起動與停止時可能產(chǎn)生的沖力降至最小值，這一控制優(yōu)勢對于其他驅(qū)動設(shè)備而言，是難以實現(xiàn)的。

2.2 節(jié)能優(yōu)勢

由于煤礦的生產(chǎn)條件較為特殊，煤產(chǎn)量極不均勻。同時，輸煤膠帶系統(tǒng)的運煤量十分不均勻，當負載較輕或無負載時，輸煤膠帶系統(tǒng)在高速運行狀態(tài)，會嚴重磨損機械傳動系統(tǒng)，并浪費較多電能。但是輸煤膠帶系統(tǒng)一旦開啟便不會隨意停止，否則會對煤炭生產(chǎn)帶來不利影響。因此，將變頻器應(yīng)用到輸煤膠帶系統(tǒng)中，可利用具備獨立性的控制系統(tǒng)分別測量本機運輸系統(tǒng)的載荷情況以及前級運輸系統(tǒng)的載荷情況，通過可控制變頻器對速度進行控制，以調(diào)節(jié)不同載荷情況下輸煤膠帶系統(tǒng)的運行情況，從而節(jié)約大量電能，并對設(shè)備起到保護的效果。

2.3 安全優(yōu)勢

輸煤膠帶系統(tǒng)采用變頻控制，從設(shè)備運行的安全方面進行分析：將具有良好響應(yīng)與寬廣調(diào)速范圍的變頻器應(yīng)用到輸煤膠帶系統(tǒng)中，可有效改善傳動的跟蹤性，減少膠帶抖動現(xiàn)象，使輸煤膠帶在運行時更加平穩(wěn)，從而減少膠帶受到?jīng)_擊力的影響，延長膠帶減速機的使用壽命；將膠帶的交流接觸器取消，全方位實現(xiàn)無觸點，電磁接觸器的使用壽命即可達到半永久性狀態(tài)。

3 結(jié)語

綜上所述，變頻技術(shù)在輸煤膠帶系統(tǒng)中的應(yīng)用可有效提高系統(tǒng)效率，從而降低設(shè)備維護成本，能創(chuàng)造出巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。我國同為煤炭總量豐富和資源消耗型國家，節(jié)能降耗作為重中之中，理應(yīng)得到各領(lǐng)域、各行業(yè)的重視。變頻器在煤炭產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用順利了社會發(fā)展方向，具有劃時代的重要意義。

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