煤礦膠帶輸送機變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)改造的設(shè)計與實際應(yīng)用

馬永衛(wèi)

摘 要：變頻調(diào)速技術(shù)是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。隨著我國社會經(jīng)濟的不斷進步，煤礦生產(chǎn)也在進行著高速的發(fā)展與更新，長距離、大運量、大功率膠帶輸送機在煤礦上的使用量也越來越多。大型膠帶輸送機需要良好的驅(qū)動方式。將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于煤礦膠帶輸送機的設(shè)計與改造，可以實現(xiàn)力矩與速度控制功能，提高大型煤礦膠帶輸送機的安全性能和穩(wěn)定性。本文從采用變頻調(diào)速技術(shù)設(shè)計改造煤礦膠帶輸送機的重要意義入手，對煤礦膠帶輸送機變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)的工作原理和實際應(yīng)用加以系統(tǒng)分析。

關(guān)鍵詞：膠帶輸送機 變頻調(diào)速 改造 設(shè)計 應(yīng)用

中圖分類號：X830 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（a）-00-02

煤是最主要的固體燃料，是可燃性有機巖的一種。煤礦是人類在富含煤炭的礦區(qū)開采煤炭資源的區(qū)域，一般分為井工煤礦和露天煤礦。數(shù)據(jù)顯示，在我國，全國登記在冊的生產(chǎn)煤礦高達3900余處，年產(chǎn)能30多億噸，廣泛分布于26個省區(qū)。

煤流運輸是煤礦生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)。為了充分保證煤礦運輸系統(tǒng)安全可靠運行，對應(yīng)用極為廣泛的膠帶輸送機進行變頻調(diào)速技術(shù)改造具有十分重要的意義。本文立足煤礦生產(chǎn)實際，從煤礦膠帶輸送機的結(jié)構(gòu)特征分析入手，對膠帶輸送機變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)改造的設(shè)計原理、重大意義與實際應(yīng)用進行簡要探索[1]。

1 變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于煤礦輸送機系統(tǒng)的重要意義

對于一臺煤礦膠帶輸送機，其牽引力傳遞能力的大小，決定于膠帶的張力、膠帶在傳動滾筒上的圍包角和膠帶與傳動滾筒之間的摩擦系數(shù)。要保證膠帶輸送機的膠帶在傳動滾筒上不打滑，正常運行，在生產(chǎn)實踐中要根據(jù)不同情況采取相應(yīng)的控制措施。在這樣的實踐要求下，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用便成為一個首要選擇。變頻調(diào)速技術(shù)擁有良好的物質(zhì)基礎(chǔ)、理論基礎(chǔ)與技術(shù)環(huán)境，應(yīng)用于煤礦膠帶輸送機具有以下幾方面重要意義。

1.1 控制啟動電流，平衡電機功率

煤礦膠帶輸送機通常必須配備較大富余量，但由于負荷不斷變化以及運行時間較長，膠帶輸送機長期處于欠載運行狀態(tài)，造成電能浪費。因此，根據(jù)膠帶輸送機的負荷調(diào)整運行速度是必要措施。變頻調(diào)速可以在零速零電壓啟動，帶動煤炭負載進行輸送工作和變頻調(diào)速，充分降低電機電流，同時在最大程度上消除電壓下降，避免導(dǎo)致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常。同時，通過調(diào)節(jié)變頻器輸出的驅(qū)動電機的電流差值大小可以調(diào)整每臺電機的轉(zhuǎn)速差值，各電機電流值逐步趨于平衡，達到功率的動態(tài)平衡[2]。

1.2 控制加速功能，平穩(wěn)載重起動

膠帶輸送機在起動過程中對電機或相連機械部分都會產(chǎn)生劇烈的振動，這種振動將會進一步加劇機械磨損，降低機械部件和電機的使用壽命。而變頻調(diào)速系統(tǒng)可以實現(xiàn)零速起動，并且可以按照控制輸送需要進行光滑地直線或曲線選擇性加速，在煤礦生產(chǎn)運輸煤炭過程中任意時刻，均可以隨時立即停車和重新起動。

1.3 轉(zhuǎn)矩極限可調(diào)，皮帶帶強降低

變頻調(diào)速系統(tǒng)可以設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩極限避免機械損耗，特別是在膠帶輸送機過載時自動停止，保護皮帶。變頻器驅(qū)動還可以調(diào)節(jié)起動時間，降低對皮帶帶強的要求，降低膠帶輸送設(shè)備的初期投資[3]。

2 煤礦輸送機變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)的工作原理及實際應(yīng)用

2.1 煤礦輸送機變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)的工作原理

變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式包括V/F、矢量控制（VC）、直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）等幾種。V/F控制主要應(yīng)用在低成本、性能要求較低的場合；而矢量控制的引入，則開始了變頻調(diào)速系統(tǒng)在高性能場合的應(yīng)用。近年來隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展及數(shù)字控制的普及，矢量控制的應(yīng)用已經(jīng)從高性能領(lǐng)域擴展至通用驅(qū)動及專用驅(qū)動場合，乃至變頻空調(diào)、冰箱、洗衣機等家用電器。交流驅(qū)動器已在工業(yè)機器人、自動化出版設(shè)備、加工工具、傳輸設(shè)備、電梯、壓縮機、軋鋼、風(fēng)機泵類、電動汽車、起重設(shè)備及其它領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，MCU的處理能力愈加強大，處理速度不斷提升，變頻調(diào)速系統(tǒng)完全有能力處理復(fù)雜的任務(wù)，實現(xiàn)復(fù)雜的觀測、控制算法，傳動性能也因此達到前所未有的高度。而現(xiàn)在變頻驅(qū)動主要使用PWM合成驅(qū)動方式，這要求其控制器有很強的PWM生成能力。

完整的煤礦膠帶輸送機變頻調(diào)速系統(tǒng)包括變頻主體、電抗器等重要部分及其他必要元器件。變頻調(diào)速是通過改變電源頻率調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)動速度，電源頻率與電機轉(zhuǎn)動速度呈正相關(guān)關(guān)系。其工作原理是通過找到系統(tǒng)固定頻率值，而后適當(dāng)改變系統(tǒng)運行頻率，達到控制電機轉(zhuǎn)動速度的目的[4]。

2.2 煤礦輸送機變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)的實際應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦膠帶輸送機工作的各個階段，均能規(guī)避電能及皮帶設(shè)備的損耗。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用勢在必行。

（1）軟啟動。通過變頻調(diào)速技術(shù)驅(qū)動煤礦輸送機，其軟啟動功能大大提高電機轉(zhuǎn)速的控制精度，帶動煤礦膠帶輸送機同步緩慢啟動，有效降低膠帶張力波造成的沖擊力破壞。

（2）平衡功率。煤礦輸送機變頻調(diào)速系統(tǒng)采取一拖一的控制方式，保證膠帶運輸中要求的線速度、轉(zhuǎn)動力矩一致，達到功率平衡性要求。

（3）調(diào)速節(jié)能。煤礦輸送機變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)輸送機根據(jù)負載變化自動調(diào)整運行速度，減少設(shè)備部件磨損，延長輸送機使用壽命，成本節(jié)約效果明顯。

此外，煤礦輸送機變頻調(diào)速系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中會存在一定問題。首先，電解電容會引起主回路電解電問題，因此在膠帶輸送機變頻調(diào)速系統(tǒng)安裝時要嚴(yán)格控制設(shè)備溫度，減少脈動電流；其次，線路上的負荷容易導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障，從而導(dǎo)致主回路過電流跳閘，這種情況下，應(yīng)當(dāng)通過對往期跳閘的電流的查詢與統(tǒng)計分析，準(zhǔn)確判斷問題發(fā)生部位。最后，會出現(xiàn)控制回路問題的發(fā)生，因此要做好相應(yīng)的預(yù)防處理，并定期對電源電路板進行規(guī)范檢查，及時處理存在問題[5]。

3 結(jié)語

在煤礦生產(chǎn)的發(fā)展過程中，合理選擇大型膠帶輸送機的驅(qū)動方式是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。綜上所述，采取變頻調(diào)速技術(shù)對煤礦膠帶輸送機加以設(shè)計改造，對傳統(tǒng)的煤礦膠帶輸送機的性能有極大的改善，能夠?qū)崿F(xiàn)可調(diào)、平滑且無沖擊的啟動力矩，減小膠帶輸送機在運行過程中的沖擊力和張力，全面改善膠帶輸送機整體的受力狀況，延長機器的使用壽命，從而保護電網(wǎng)免受沖擊，減少膠帶輸送機運行過程中的功率損失，提高穩(wěn)定性、可靠性、安全性。煤礦輸送機變頻調(diào)速系統(tǒng)屬于節(jié)能型技術(shù)，可以實現(xiàn)經(jīng)濟及社會效益的雙贏，對建設(shè)節(jié)約型社會也具有重要意義。此外，變頻調(diào)速系統(tǒng)還有調(diào)速范圍大、體積小、能效高等幾方面特點，加強變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦膠帶輸送機的應(yīng)用是必要選擇，并要在實踐中進行不斷的完善與探索。

參考文獻

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