變頻調速技術在煤礦刮板輸送機中的應用

郭建山

（山西陽泉煤業集團三礦機電工區，山西 陽泉 045000）

引言

變頻調速技術的基本原理是以電機轉速與工作電源的輸入頻率之間的正比例關系為依據，通過變更電動機的工作電源頻率，實現對電機轉速進行改變的目的［1］。在煤礦生產中，刮板傳送機在啟動和運行過程中，會受到動態張力以及靜阻力的影響而使得輸送機的傳送帶產生滑動，增加傳送帶的相對摩擦力和熱量，降低輸送機運行的安全性。相關實踐研究表明，將變頻調速技術引入到煤礦刮板輸送機當中，可以在保證輸送機安全運行的前提下，有效延長輸送機壽命并降低設備的維修量。

1 變頻調速技術

所謂變頻調速技術是相對于交流電機而言的，是一種通過改變交流電機中的電頻率對系統調速的技術。變頻調速技術是一項綜合性的技術，不僅包括了計算機網絡技術和電機傳動技術，還包括了同電力、電子有關的多項技術，在借助電力半導體通斷作用的基礎上，將工頻電源進行轉化，使其成為具有另一種頻率的電能控制裝置。而在交流電機運轉的驅動電源方面，則是由整流橋對工頻電壓進行變更后得到的直流電源經逆變器轉化為可調的交流電壓來實現的。由于在此過程中，并無轉差損耗發生，因此，這種有效而快捷的調速方式使電動機可以較為方便地獲取無級調速的電流和電壓。當存在電力危機時，變頻調速技術在利用電機負載變化規律的基礎上，通過改變交流電源的頻率實現對電機速度進行調節的目的，進而使交流電機可以平滑地進行增速或是減速，有效提高了系統的工作效率［2］。

2 刮板輸送機的傳動系統及組成

2.1 輸送機的傳動系統

輸送機的傳動系統是由雙速電動機通過摩擦限矩器將動力傳遞給減速器輸入軸；再由減速器輸出軸傳遞給鏈輪組件；鏈輪驅動封閉的刮板鏈按設定的方向運行，完成輸送煤炭的任務。

2.2 輸送機的組成

輸送機主要由機頭傳動部、機尾傳動部、中部槽、變線槽、刮板鏈、機頭馬達液壓控制系統（10YK）、機尾伸縮液壓控制系統（13YK）、機尾伸縮限位裝置及操縱閥和工具等組成。

3 煤礦刮板輸送機及其變頻調速的特點

3.1 輸送機特點

當刮板輸送機以不同的低速扭矩進行運轉時，輸送機本身并不會發生任何的速度變化，而煤礦生產時的運輸工作，特別是材料的運輸，雖然在相應的范圍內負載電阻是可以發生扭矩變化的，但對于刮板輸送機而言，其所具有的均勻性和穩定性并不會發生改變。此外，在煤礦生產過程中，輸送帶的速度是保持不變的。刮板輸送機處于運輸狀態時，輸送模式主要有兩種，分別為零功率與電源以及近似零功率與負電源，故系統可保持在長期低速運行的狀態下輸送長至數十公里的材料，這也是刮板輸送機自身復雜性的根本原因。輸送機中的變頻驅動系統，具有高速以及長期低速運行的特點，通過將事先規定好的傳送速度信息進行反饋，進而實現對扭矩的自動調節及控制。此外，刮板輸送機的另一特點為，通過以實際運輸過程中所引入的測量張力為依據，進而提高煤礦運輸的穩定性和安全性［3－5］。

3.2 變頻調速特點

變頻調速技術的主要功能就是使自身的軟啟動與刮板輸送機同多個電動機運行產生的功率保持平衡。通過借助變頻器的軟啟動功能，使得輸送機電機同軟啟動進行有機結合［6］。當對電機進行驅動時，位于刮板輸送機中的多個變頻器利用功率平衡的調節軟件促使電機的輸出功率保持在一個相對穩定的水平，在降低輸送機啟動張力的同時，也有利于發現運輸過程中各類機械的問題。此外，變頻機在煤礦輸送機中的應用也起到了較好的降低設備維修率的作用。變頻器是各種電子器件的合成，且運行壽命在很大程度上取決于內部電子。由于變頻器的軟啟動直接決定了輸送機軟啟動的實現，使得刮板輸送機可以在相對平滑的環境中進行啟動，在降低設備檢修率的同時，有效節省了設備的維護成本。

4 煤礦刮板輸送機中變頻調速技術的應用

煤礦刮板輸送機內部結構極為復雜，無論是在啟動、運輸還是在制動時，均具有較大的重載高速與動態張力，故極容易產生輸送帶滑落的現象，而輸送帶在滑落過程中產生的磨損和散發出的熱量將使得輸送帶與輥之間的黏附系數降低，從而對輸送機的啟動與運行產生阻礙［7］。強行啟動運輸，不但會降低輸送帶的安全系數與負載裝置的附加位移，而且使得刮板傳送機整體受到了嚴重磨損。因此，需要引入變頻調速技術對刮板輸送機的啟動、運行進行調整。

通常，刮板輸送機對變頻器的選擇是在已經確定好異步電機后，以額定電流與電機實際的運行情況為依據對輸送機電機的頻率進行變更。首先，該項技術的初級應用階段。當刮板輸送機啟動時，經由靜阻力轉變而來的動阻力促使傳送帶產生振動，進而使得傳輸截面中的動態張力持續上升并帶動刮板輸送機運動。因為在傳輸的啟動過程中，刮板輸送帶所具有的張力實際上是初始張力的增加值，故在變頻器的作用下產生的變頻驅動將動力傳送帶中所輸入的切入點進行返回。其次，由啟動過程轉變為額定轉速過程的運輸階段。因在刮板輸送帶開始運行時，系統內的交流電機產生較大的動態張力，且各處的靜阻力也不盡相同，進而使得煤礦刮板傳送機處于不穩定的運行狀態。此時，變頻器通過改變電機工作電源的頻率，使其內部的濾波電容發揮作用，通過降低靜阻力以及過大張力產生的無功損耗，達到提高輸送機功率的目的。最后，是變頻調速技術的控制階段。當電機開始驅動刮板輸送機運轉后，變頻調速裝置改變供電電壓的頻率，進而改變輸送機的啟動轉速，根據變頻器事先設定的時間范圍，促使刮板輸送機的速度更加平穩的遞增，在增加了輸送機電機壽命的同時，有效降低了煤礦刮板輸送機的檢修量［8］。

5 結語

以變頻調速技術在煤礦刮板輸送機中的應用作為研究對象，通過對變頻調速技術的概念及相關原理進行分析，結合煤礦刮板輸送機以及變頻調速的技術特點，分別從刮板輸送機的啟動階段、運行階段以及變頻調速階段對變頻調速技術在刮板傳送機中的應用進行說明。結果表明，在煤礦刮板輸送機啟動和運行的過程中引入變頻調速技術，可以有效增加輸送機的壽命并降低設備的檢修量。由此可見，未來加強對變頻調速技術在煤礦刮板輸送機中的應用力度，對于促進煤礦產業的發展具有重要意義。

［1］ 白文科.我國輸送帶行業技術現狀及展望［J］.遼寧化工，2004（3）：173－176.

［2］ 楊增越，米春榮.變頻調速在帶式輸送機上的應用［J］.機械管理開發，2010（1）：89－92.

［3］ 高恒超，夏炎.波狀檔邊帶式輸送機發展簡介［J］.起重運輸機械，1998（6）：3－6.

［4］ 宋偉剛，王丹，陳霖，等.波狀檔邊帶式輸送機發展［J］.煤礦機械，2004（2）：1－4.

［5］ 楊書卿.輸送帶工業產品的現狀及發展［J］.河北化工，1999（1）：39－41.

［6］ 王占奎.變頻調速技術的發展與應用［G］.北京：中國電工技術學會電力電子學會第八屆學術年會論文集，2002（11）：49－50.

［7］ 邱雷明，劉智軍.交流變頻調速裝置及應用［J］.萊陽農學院學報，2005（1）：67－69.

［8］ 馬秀雙.淺談變頻調速技術在礦井提升機改造中的應用［J］.黑龍江科技信息，2007（9）：56－57.