變頻技術(shù)在煤礦帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用分析

苗志剛

（陽煤集團(tuán)機(jī)電設(shè)備管理中心，山西 陽泉 045008）

1 帶式輸送機(jī)傳統(tǒng)啟動(dòng)方式存在的不足

（1）空載啟動(dòng)電流大

帶式輸送機(jī)采用傳統(tǒng)的液壓耦合器進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，不能先工頻啟動(dòng)，因?yàn)楣ゎl啟動(dòng)時(shí)，存在的電流是帶式輸送機(jī)電機(jī)額定電流的3倍以上，此時(shí)，電機(jī)的機(jī)械應(yīng)力由于受到較大電流造成的瞬時(shí)沖擊影響瞬間增大，容易導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部構(gòu)件損壞，因此，應(yīng)先空載啟動(dòng)。其次，采用液壓耦合器啟動(dòng)時(shí)，會(huì)對供電電網(wǎng)造成電壓降低、電網(wǎng)諧波等影響，嚴(yán)重影響井下其他供電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）膠帶強(qiáng)度要求高

采用液壓耦合器進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，帶式輸送機(jī)的加載工作會(huì)在短時(shí)間內(nèi)完成，在加載時(shí)，膠帶短時(shí)間內(nèi)承受的張力較大，如果膠帶強(qiáng)度低，則容易斷裂破壞，因此，必須采用強(qiáng)度高的膠帶，避免膠帶發(fā)生破壞。

（3）電機(jī)功率不平衡

由于礦井原煤運(yùn)輸所采用的帶式輸送機(jī)運(yùn)輸距離長，運(yùn)輸量大，因此，帶式輸送機(jī)一般采取雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以，在工作過程中存在電動(dòng)機(jī)功率不平衡的問題，而帶式輸送機(jī)采用液壓耦合器啟動(dòng)方式不能長期有效解決這個(gè)問題。

2 變頻啟動(dòng)優(yōu)點(diǎn)分析

變頻器工作時(shí)，可以將直流電再次轉(zhuǎn)換為交流電，此時(shí)的交流電雖然是單相或者三相電，但在電壓及頻率方面不同于電網(wǎng)輸出的交流電，該不同在電機(jī)的運(yùn)行曲線上表現(xiàn)為曲線平行下移，表明此時(shí)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，可以以小電流啟動(dòng)重載負(fù)荷。因此，變頻啟動(dòng)主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)緩慢啟動(dòng)。由于帶式輸送機(jī)的電機(jī)啟動(dòng)較慢，因此，帶式輸送機(jī)加載時(shí)間較長啟動(dòng)緩慢，且電機(jī)的緩慢啟動(dòng)或停止可以使膠帶自身儲(chǔ)存的能量得到有效釋放，減輕帶式輸送機(jī)啟動(dòng)或停止時(shí)的張力，有效地保護(hù)膠帶，避免其遭到破壞。

（2）對膠帶強(qiáng)度要求低。由于在1h之內(nèi)對變頻器的啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，而可根據(jù)現(xiàn)場情況在5min內(nèi)對帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，使得輸送機(jī)具有充分的啟動(dòng)時(shí)間，啟動(dòng)時(shí)的沖擊力減小，從而不需要膠帶具有很強(qiáng)的強(qiáng)度，節(jié)約了膠帶成本，且對電機(jī)內(nèi)的設(shè)備損壞相對減小，提高了電機(jī)的使用壽命。

（3）帶式輸送機(jī)采用變頻方式啟動(dòng)時(shí)，可以采用一拖一的控制方式，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡，有效解決帶式輸送機(jī)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率不平衡的問題。且在低頻運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，變頻器輸出的力矩可以是額定力矩的2倍，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的帶式輸送機(jī)重載啟動(dòng)。

（4）自動(dòng)調(diào)速功能及節(jié)能。變頻系統(tǒng)在煤流傳感器的作用下結(jié)合膠帶的負(fù)載情況對輸送機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，這個(gè)可以減輕膠帶的磨損情況，延長其使用壽命。且變頻調(diào)速系統(tǒng)的變速功能是通過無極調(diào)速的交流傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，因此，在帶式輸送機(jī)空載的情況下，在額定帶速內(nèi)可以隨意調(diào)整膠帶運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，在膠帶低速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下對膠帶進(jìn)行檢修，可以節(jié)省時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

由于煤礦實(shí)行三八制作業(yè)，每班開采的煤量不同，因此，帶式輸送機(jī)不同時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)煤量會(huì)發(fā)生變化，如果運(yùn)煤量小時(shí)，膠帶仍然在高速運(yùn)轉(zhuǎn)，將消耗大量電能，不利于節(jié)能降耗。因此，可以通過變頻器結(jié)合膠帶的負(fù)載情況對輸送機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，節(jié)約電能。

3 常村煤礦膠帶機(jī)變頻調(diào)速方案分析

常村煤礦運(yùn)輸原煤所使用的膠帶輸送采用雙電機(jī)拖動(dòng)，即驅(qū)動(dòng)方式為雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩臺(tái)電機(jī)均安裝在帶式輸送機(jī)機(jī)頭處，其功率均為1400kW，該帶式輸送機(jī)原來采用液力耦合器進(jìn)行啟動(dòng)，帶式輸送機(jī)工作期間，多次出現(xiàn)膠帶跑偏、斷裂等情況，在用電成本增加的同時(shí)，檢修成本也在增加。因此，需要采用變頻技術(shù)對膠帶機(jī)的啟動(dòng)方式進(jìn)行優(yōu)化。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對以下三種調(diào)速方案優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比分析，確定最符合實(shí)際情況的調(diào)速方案。方案一：一拖多方案，該方案適合電機(jī)功率小且電機(jī)數(shù)量為3臺(tái)以下的情況，成本較低；方案二：主從控制方案，該方案適合電機(jī)數(shù)量少于3臺(tái)情況，且每臺(tái)電機(jī)的輸出功率相同，控制系統(tǒng)簡單；方案三：統(tǒng)一控制方案，該方案適合電機(jī)數(shù)量在3臺(tái)以上的情況，且系統(tǒng)較為復(fù)雜。

為了能更好地控制帶式輸送機(jī)的負(fù)載平衡，根據(jù)常村煤礦現(xiàn)場實(shí)際情況對各方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較分析，確定采用方案二對常村煤礦帶式輸送機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行改造。即一臺(tái)為主控變頻器，確定電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，另一臺(tái)變頻器受主變頻器控制，與主控運(yùn)行保持同步，主-從控制方案示意圖如圖1所示。由圖1可知：主控變頻器同時(shí)控制該礦帶式輸送機(jī)所使用的兩臺(tái)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，且控制1#電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而2#電機(jī)的轉(zhuǎn)速則由從控變頻器控制。

本次改造所使用的主控與從控變頻器均具備報(bào)警邏輯信號輸出及外部信號連鎖控制兩種功能，主控變頻器不僅可以接收來自遠(yuǎn)程和內(nèi)部的信號指令，可以接收從控變頻器發(fā)出的指令，同樣，從控變頻器也可以接收內(nèi)外部及主控的指令。為將電機(jī)的轉(zhuǎn)速精度控制在0.5%之內(nèi)，兩個(gè)變頻器均采用速度傳感器控制技術(shù)。

圖1 主-從控制方案示意圖

4 結(jié)語

改造后的實(shí)際應(yīng)用情況表明，采用主-從變頻控制方案后，不僅可以實(shí)現(xiàn)對輸送機(jī)工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高了礦井運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，同時(shí)大大節(jié)約了運(yùn)輸用電成本，有利于實(shí)現(xiàn)礦井節(jié)資降耗的生產(chǎn)目標(biāo)。此外，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了膠帶低速檢修，節(jié)約了檢修時(shí)間，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減輕了膠帶的磨損及啟動(dòng)對電機(jī)內(nèi)部構(gòu)件造成的損壞，值得進(jìn)行推廣應(yīng)用。