變頻技術(shù)在皮帶輸送機(jī)改造中的應(yīng)用

周作志

(沈陽工業(yè)大學(xué)遼陽分校，沈陽 111000)

1 引言

膠帶運(yùn)輸機(jī)是目前在原煤運(yùn)輸中從井下到地面運(yùn)輸過程中最重要的運(yùn)輸設(shè)備。因此，想要保證在礦井工作中始終保持高效的工作效率是保證礦井生產(chǎn)能力的基本保障。在《煤礦安全規(guī)程》中對(duì)膠帶輸送機(jī)的使用提出了一定的要求。具有一定的彈性是保證膠帶輸送機(jī)正常工作的基本保證，所以在礦井工作中必須通過軟啟動(dòng)的方式使用膠帶輸送機(jī)，目前，在膠帶輸送機(jī)使用過程中常用啟動(dòng)方式為液力耦合器啟動(dòng)。但是使用該啟動(dòng)方式的缺點(diǎn)就是耗能較高。因此，研究在膠帶輸送機(jī)中更好地應(yīng)用低能耗變頻技術(shù)是保證煤礦企業(yè)節(jié)約能耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

2 傳統(tǒng)膠帶輸送機(jī)啟動(dòng)方式存在的問題

2.1 空載啟動(dòng)增加能耗

傳統(tǒng)膠帶輸送機(jī)所使用的啟動(dòng)方式為液壓耦合器啟動(dòng)，使用該方式時(shí)不可以先進(jìn)行工頻啟動(dòng)，因?yàn)橥ǔ＿M(jìn)行工頻啟動(dòng)的時(shí)候膠帶輸送機(jī)電機(jī)上所通過的電流基本會(huì)超過其額定電流的三倍以上，如果這個(gè)過程中電機(jī)的機(jī)械應(yīng)力受到較大的電流通過時(shí)會(huì)導(dǎo)致瞬間沖擊的影響大大增加，因此會(huì)對(duì)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞，所以說在啟動(dòng)時(shí)需要先進(jìn)行空載啟動(dòng)，在這過程中會(huì)造成能量的損耗[1]。其次是在膠帶輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)使用液壓耦合器會(huì)造成供電電網(wǎng)電壓降低以及電網(wǎng)出現(xiàn)諧波的現(xiàn)象，導(dǎo)致對(duì)于其他井下工作的用電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，嚴(yán)重者可能會(huì)影響井下正常工作進(jìn)行。

2.2 對(duì)皮帶強(qiáng)度的要求較高

通過液壓耦合器啟動(dòng)膠帶輸送機(jī)需要整個(gè)膠帶輸送機(jī)的加載過程在較短的時(shí)間內(nèi)完成，因此啟動(dòng)過程中皮帶需要承受比較大的壓力，如果皮帶的強(qiáng)度無法滿足要求，則很容易導(dǎo)致皮帶發(fā)生斷裂，因此在進(jìn)行皮帶的選擇時(shí)必須是高強(qiáng)度的，防止因?yàn)槠o法承受較高的強(qiáng)度而導(dǎo)致發(fā)生損壞對(duì)整個(gè)皮帶輸送機(jī)造成影響。

2.3 電機(jī)功率不平衡

在井下整個(gè)原煤運(yùn)輸過程中通過膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)恼w運(yùn)輸距離是比較長(zhǎng)的，并且原煤運(yùn)輸量比較大，因此往往膠帶輸送機(jī)上所使用的都是雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)。但是，使用該驅(qū)動(dòng)方法存在的弊端就是可能會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)功率不平衡的現(xiàn)象發(fā)生，尤其是在使用液壓耦合器啟動(dòng)的時(shí)候電機(jī)功率不平衡問題并不能得到有效解決。

3 變頻啟動(dòng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

通過變頻啟動(dòng)方式在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中變頻器可以直接將直流電轉(zhuǎn)變成交流電，雖然說轉(zhuǎn)變后的交流電是單相或者是三相的，但是和電網(wǎng)輸出的交流電相比其電壓和頻率等方面是不同的。二者之間的差別就是在電機(jī)的運(yùn)行曲線上其曲線可以實(shí)現(xiàn)平行下移，同時(shí)因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中具有較大的扭矩力，可以通過小電流的形式來實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)重載。因此在應(yīng)用過程中使用變頻技術(shù)的具體優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)方面。

3.1 膠帶輸送機(jī)可以實(shí)現(xiàn)緩慢啟動(dòng)

在啟動(dòng)過程中膠帶輸送機(jī)由于其整個(gè)運(yùn)行路徑較長(zhǎng)，所以電機(jī)的啟動(dòng)效率比較慢，因此在膠帶輸送機(jī)的加載過程中消耗大量時(shí)間。但是通過電機(jī)緩慢啟動(dòng)或者是停止可以讓膠帶本身所儲(chǔ)存的能量緩慢釋放，避免膠帶輸送機(jī)在啟動(dòng)或是停止過程中張力發(fā)生明顯的變化對(duì)皮帶造成破壞，有效避免了皮帶的損壞。

3.2 降低了膠帶強(qiáng)度的要求

使用變頻技術(shù)之后對(duì)于膠帶強(qiáng)度的要求有所降低，選擇膠帶時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來決定，比如說如果膠帶輸送機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間控制在五分鐘之內(nèi)，只要做到可以和膠帶輸送機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間所產(chǎn)生的張力相匹配的膠帶強(qiáng)度就可以做到使啟動(dòng)過程中所產(chǎn)生的沖擊力降低，因此對(duì)膠帶造成的損耗也會(huì)降低，如此便可以降低膠帶的使用成本，同時(shí)在啟動(dòng)過程中對(duì)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)所造成的破壞也會(huì)相對(duì)有所降低，電機(jī)的使用壽命也會(huì)有所提高。

3.3 實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡

使用變頻方式啟動(dòng)膠帶輸送機(jī)可以使用一拖一控制方式來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡，使用該方法可以避免使用傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式帶來的弊端，即使用雙電機(jī)啟動(dòng)所帶來的電機(jī)運(yùn)行時(shí)功率不平衡的現(xiàn)象。特別是電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的輸出力矩可以達(dá)到額定力矩的兩倍，可以實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)的平穩(wěn)重載啟動(dòng)。

3.4 自動(dòng)調(diào)速功能以及節(jié)能

在煤流傳感器的作用之下，對(duì)于輸送機(jī)的運(yùn)輸速度可以通過變頻系統(tǒng)和皮帶相結(jié)合進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，會(huì)在一定程度上降低皮帶的磨損程度，從而延長(zhǎng)皮帶的使用壽命。在交流傳統(tǒng)系統(tǒng)中，如果膠帶輸送機(jī)在送機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)額定帶速內(nèi)皮帶運(yùn)行速度的隨意調(diào)整，也可以實(shí)現(xiàn)皮帶的低速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此也就可以完成在低運(yùn)轉(zhuǎn)速度之下實(shí)現(xiàn)皮帶的檢修工作，大大節(jié)省了時(shí)間以及勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也提高了工作效率。因?yàn)樵诿旱V工作所采用的作業(yè)制度為三八制度作業(yè)，所以每班開采的煤礦數(shù)量是不同的。所以說在不同的時(shí)間段膠帶輸送機(jī)所運(yùn)輸?shù)拿毫渴遣煌模绻\(yùn)煤量較小而皮帶卻仍保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)則相對(duì)產(chǎn)生的能耗是比較大的，因此將變頻器和皮帶的負(fù)載情況相結(jié)合可以有效實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)運(yùn)行速度的隨意調(diào)整，如此可以在很大程度上降低電能的消耗。

4 皮帶輸送機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)方案分析

采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，將兩臺(tái)電機(jī)都安裝在膠帶輸送機(jī)的兩端，在使用傳統(tǒng)的液壓耦合器啟動(dòng)膠帶輸送機(jī)時(shí)會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)皮帶跑偏或者是斷裂的情況，該過程不僅增加了電力損耗，同時(shí)也增加了機(jī)器的檢修成本，因此以下提出基于變頻技術(shù)的皮帶輸送機(jī)啟動(dòng)方式的優(yōu)化方案。

本文主要提出了三種調(diào)速方案并通過其優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析，選擇最符合實(shí)際情況的調(diào)速方式。選擇的第一種方案為一拖多方案，該方法主要使用對(duì)象為電動(dòng)機(jī)額定功率較小并且電機(jī)的控制數(shù)量小于三臺(tái)的情況下選擇，該方法具有成本低的優(yōu)勢(shì)。第二種選擇方案為主從控制方案，該方案在電機(jī)數(shù)量少于三臺(tái)的時(shí)候可以保證所有的電機(jī)輸出功率一致，因此整體控制系統(tǒng)相對(duì)較為簡(jiǎn)單；使用的第三種方案為同一控制方案，該方案主要適用于電機(jī)的數(shù)量大于三臺(tái)的時(shí)候，使用該方案往往整體控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。

在膠帶輸送機(jī)使用過程中為了使其更好的達(dá)到負(fù)載平衡，對(duì)三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，其中方案二更加適用于雙電機(jī)工作的膠帶輸送機(jī)進(jìn)行調(diào)速。主要改造為一臺(tái)作為主變頻控制器，該變頻器的主要作用是保證電機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩，而另一臺(tái)變頻器在主變頻器的控制下，兩者之間的運(yùn)行保持同步，改造后所使用的主控和從控的變頻器都具有報(bào)警邏輯信號(hào)輸出以及和外部信號(hào)連鎖控制的兩種功能，主變頻器可以接收遠(yuǎn)程和內(nèi)部信號(hào)指令，同時(shí)也可以接收從變頻器所發(fā)出的相關(guān)指令，而從變頻器也可以接收內(nèi)外部以及主控變頻器的指令。兩個(gè)變頻器所采用的都是速度傳感器控制技術(shù)，轉(zhuǎn)速的精度可以控制在0.5%以內(nèi)。

通過該方案的使用輸送機(jī)的功率只達(dá)到了額定功率的60%左右，平均每臺(tái)電機(jī)可以節(jié)省大約2.2kW功率，每年所節(jié)省的電能是十分可觀的，一臺(tái)電機(jī)一年可以節(jié)省近兩萬元的電費(fèi)，具有比較理想的節(jié)能效果。

5 結(jié)語

通過兩種變頻控制方案的選擇，實(shí)現(xiàn)了膠帶輸送機(jī)工況的有效調(diào)節(jié)，同時(shí)也可以更好地提高整個(gè)礦井輸出系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。并且在工程施工過程中的用電成本明顯降低，對(duì)于井下工作實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗是非常有意義的。此外通過變頻技術(shù)的應(yīng)用能夠使皮帶低速檢修頻率降低，不僅降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省了檢修時(shí)間，同時(shí)也提高了檢修過程中的工作效率。對(duì)于皮帶的磨損程度以及內(nèi)部構(gòu)建的破壞等也明顯降低，該方案是一種值得推廣的方案。