煤礦皮帶機改造中變頻技術的應用

張樹臣

（汾西礦業集團曙光煤礦， 山西 呂梁 032308）

引言

煤礦皮帶機是煤礦生產作業中常用的一種運輸設備，傳統類型的皮帶機主要采用驅動+多滾筒系統，這一類型皮帶機工作效率低下，成本耗費偏高。隨著現代微電子技術的不斷進步，微處理技術以及數字集成電路持續發展并完善，煤礦皮帶機開始廣泛引入變頻技術，這有助于提高皮帶機運輸作業效率，促進煤礦生產發展。

1 變頻技術用于煤礦皮帶機改造的技術要求

1）應用變頻技術來改造煤礦皮帶機具有比較嚴格的技術指標要求，首先變頻器一般需要不低于2倍的開啟轉矩；在持續運行狀態下，煤礦皮帶機變頻器需要150%額定電流的支持和保障。運行期間，煤礦皮帶機以平穩加速度呈S型曲線前進，四象限運行這一模式是應對能量回饋問題的有效方案。此外，技術人員應對系統數控功能不斷予以完善和優化[1]。

2）散熱性能。改造煤礦皮帶機需要考慮的另一因素就是變頻技術及變頻器的散熱性能，因為普通變頻器散熱性能往往較差，難以有效應對煤礦企業生產中的關鍵問題——防爆。而且普通變頻器大多采用風冷或者水冷的制冷方式，而皮帶機變頻器內部元器件多而繁雜，在運轉過程中不斷向外釋放熱量，所以風冷模式難以取得滿意效果；而水冷模式則與皮帶機自身完善的散熱系統有沖突，給后期維護工作帶來較大麻煩。因此要充分考慮到煤礦皮帶機在運行過程中的散熱問題，選擇散熱性能良好的變頻設備加以改造。

3）電磁兼容。考慮到煤礦井下作業環境惡劣，干擾因素較多，因此變頻設備需要具備相應的抗干擾能力。其中電磁兼容性能優良與否將直接影響皮帶機的作業和變頻技術的應用[2]。

2 采用變頻技術改造煤礦皮帶機的具體方案

采用變頻技術改造皮帶機，首先用雙滾筒三機方式配置三臺高壓電機，如圖1所示。高壓異步電機參數建議為6000 V、16×104W，通過降速設備配合耦合設備帶動兩個滾筒，然后通過皮帶、滾筒彼此接觸來帶動皮帶運行。這一改造方案的要點如下：

圖1 皮帶機傳動控制系統示意

1）開啟電流值需要保持在低值狀態，而且盡量減少開啟時間，以延長設備使用壽命，保護電網免遭電機開啟電流時的沖擊和過高的阻力值，以免其他設備造成干擾。

2）開啟時應嚴格控制對電機設備的沖擊，延長皮帶以及降速設備等部件的使用壽命。

3）開啟過程應得到全程控制。改造以后根據皮帶機負載與長度，設備開啟時間可以設定為55 s。電動設備開啟轉矩最大值應不低于額定數值的2倍。基于變頻器軟啟動技術來合并皮帶機與電機的軟啟動，并對電機開啟速度相對較慢這一特性加以充分利用，確保皮帶機平穩、慢速開啟，將內部能量以相對低的恒定速度向外釋放，以免加大損耗。改造過程中重載開啟相對穩定，可以很好的調整或者控制速度，減少電機設備以及皮帶機體存在的問題，并延長滾筒以及托輥使用壽命，確保皮帶機多電機驅動模式下的功率穩定[3-4]。

3 采用變頻技術改造煤礦皮帶機的問題與對策

1）運輸作業環節，煤礦皮帶機易受電磁干擾。相比于其他行業生產，煤礦開采作業環境比較惡劣艱苦。煤礦皮帶機采用變頻設備時比較容易受到外部環境因素的干擾，此類因素基于輻射或者電源線等不同方式影響變頻設備的正常工作，引起運行錯誤，甚至導致變頻設備損毀，這對煤礦皮帶機的運行效率產生了很大影響。技術人員應充分重視變頻設備的干擾問題，有效應對外部因素影響，譬如為變頻設備配備抗噪音設備，在變頻器端口安裝噪聲濾波器等等，保護變頻器免遭不良影響。除此之外，為了保護變頻設備不受強電壓的影響，建議為變頻器臨近設備增添吸收裝置；對回路配線距離應予以嚴格控制，對主配線也要加以明確的區分，盡量減少回路配線距離。

2）電源異常。應用變頻技術改造煤礦皮帶機，正常工作狀態下可能存在電源異常問題。因為皮帶機正常作業往往會受到低電壓的影響，引起電源異常現象。所以煤礦企業應考慮變頻設備受電壓影響這一因素，將變壓器和其他高功率設備彼此分離，防止彼此之間相互干擾，確保皮帶機高效完成運輸作業。一旦電壓恢復正常，通過瞬間補停的方式確保正常運行狀態，并檢測電機運行速度，避免電機加速產生額外電流。除此之外，設備運行狀態下應選擇特殊電源設施安裝在變壓器下，配合變壓器完成自動轉換[5]。

3）高次諧波。運行狀態下的皮帶機會產生高次諧波，因為當前國內變壓器一般采用PMW方式進行控制，這一控制模式存在一些問題，譬如電壓器運行狀態下會產生高次諧波，對電動機造成極大的影響，導致電動機繞組出現異常變化，或嚴重削弱其絕緣性能，最終引起變壓器畸變。此種狀態下，皮帶機運行也會受到變壓器畸變的直接干擾。建議減少變頻設備與電機的相對距離，或為變頻設備安裝專屬變壓器，以防止這一問題的發生。這樣可以將變頻設備獨立于其他設備之外，為其提供相對安全的運行環境。此外也可將整流橋安裝在變頻設備上，可以預防高次諧波干擾皮帶機運行。

4）溫度異常。煤礦皮帶機采用變頻技術改造后可能存在冷卻性能減弱的問題，這一現象最直接的結果就是導致電動機出現溫度異常。同時，皮帶機運行狀態下變頻設備不可避免地出現高次諧波，對電機材質造成損傷。因此，技術人員應基于這一現象做出相應的補救，采取必要措施提高電機規格與等級，維持強冷通風狀態，防止電機低速運行。

5）皮帶強度。皮帶機在液壓耦合設備的支持下可以高效率完成加載任務，但是皮帶機自身也承受更強的作用力，因此有較大幾率引起皮帶損壞。建議強化皮帶強度，延長使用壽命，避免皮帶受損。

6）空載開啟。空載開啟瞬間產生的電流值將超過設備額定電流的4倍，產生的沖擊力將大幅提升設備機械應力，引起內部受損，而且此方法開啟也會在一定程度上干擾電網運行，如果電壓降低則會影響其他設備運行。建議在皮帶機上安裝水電阻等軟啟動裝置[6]。

4 結語

采用變頻技術對煤礦皮帶機進行改造，達到對轉矩與轉速自動化控制的目標，結合負載情況對輸出頻率加以調整，有助于延長煤礦皮帶機工作壽命，同時也有利于降低能耗、節約成本、提高生產效率。

[1]劉福濤.利德華福高壓變頻器在煤礦皮帶機上的應用[J].電機與控制應用，2012，39（6）：57-61.

[2]劉桂蘭.中小型煤礦皮帶機電控系統的改造[J].重慶文理學院學報（自然科學版），2012，31（5）：67-71.

[3]周文鵬，張全民，劉偉華，等.小型煤礦皮帶機系統的問題與自動化控制改造[J].民營科技，2014（4）：299-300.

[4]李淑娟，胡章平，馮衛東，等.超化煤礦南矸石山排矸系統改造[J].科技與企業，2012（14）：140.

[5]史曉冬.皮帶機電控系統實施變頻技術改造的研究與應用[J].內蒙古煤炭經濟，2012（12）：86-88.

[6]羅俊.關于煤礦皮帶機電控系統故障分析及優化改造研究[J].工業設計，2015（9）：168-174.