帶式輸送機改造中變頻技術的實踐應用研究

肖玉龍

（同發東周窯煤業有限公司，山西 大同 037000）

變頻技術能更好地控制機電設備的運行，保障設備穩定安全地工作，可以節約更多的能源。本文以同煤集團同發東周窯煤礦DSJ140/350/2×500型帶式輸送機為研究對象，采用現代變頻技術對其進行改造。

1 東周窯煤礦帶式輸送機系統

同發東周窯煤礦位于山西大同左云縣，年產能力為1000萬t，其井下帶式輸送機承擔著很強的運輸任務。東周窯煤礦井下帶式輸送機采用的是雙機驅動裝置，其型號為DSJ140/350/2×500，兩臺電機均安設在機頭處。此前東周窯帶式輸送機采用液力耦合器來保護電機和防止啟動高電流，運輸期間對于皮帶的損壞非常嚴重，常需要停機進行檢修，降低了工作效率，該種工作模式增加了耗電量，運輸成本增加。當前國家提出了能源資源的節能減排方針，必須重視變頻技術在機電設備的應用，以響應國家的號召，也是企業自身降低生產成本，提高經濟效益的一項重要的途徑。基于以上原因，從提高工作效率，降低運輸成本的角度來考慮，公司技改部決定對帶式輸送機進行現代變頻技術的改造實踐應用的項目進行立項。

2 現代變頻技術的運行機理分析

現代變頻技術融合了現代電子技術、計算機信息技術、電機運行技術以及機電一體化技術。變頻技術是通過把工頻電源進行轉換，從而形成其它頻率電能，以此為基礎來對機電設備進行控制。原理為整流橋將工頻交流電壓進行轉換，經逆變器后再轉換為有效的電壓，從而以驅動電壓的模式對交流電機進行驅動操作。煤礦機械設備都是耗能大戶，將變頻技術與開采設備機電相結合，是實現其降能的有效途徑。同時變頻技術還具有無沖擊啟動、軟停機等控制性能，可以保持整個礦井供電系統的穩定性。

3 帶式輸送機變頻調速改造方案的設計研究

3.1 傳統液力耦合器的不足

東周窯礦DSJ140/350/2×500落地式皮帶輸送機以往采用的是傳統液力耦合器，在工作期間存在著以下不足：（1）液力耦合器增加了空載啟動環節，空載啟動階段會產生4～5倍的電機額定電流，因瞬間電流的增大而損壞電機，還會沖擊煤礦的供電網絡，導致電壓下降現象，影響到其它機電設備的正常工作；（2）對帶式輸送機的皮帶強度要求高，液力耦合器要求帶式輸送機在短時間內完成加載工作，對皮帶的張力值要求更高，否則會使得皮帶斷裂發生故障；（3）無法解決雙電機驅動的功率不平衡問題，帶式輸送機的運輸長度較長，液力耦合器無法解決電機驅動的功率不平衡問題；（4）容易造成環境污染問題。

3.2 基于現代變頻技術的變頻器的優勢

在皮帶運輸機電機系統中采用變頻器，具有以下優勢：（1）實現帶式輸送機的軟啟動。高壓變頻器的使用可以實現機電設備的緩慢啟動，實現帶式輸送機的緩慢啟動，進一步釋放膠帶的貯存能量，降低因啟動與停止產生過大的沖擊力而損壞膠帶；（2）降低對膠帶強度的要求，啟動時間的延長可以降低對皮帶強度的要求，減少啟動的瞬間產生的大電流現象，保護設備內部及各零部件，延長設備的使用壽命，降低設備采購的成本；（3）解決帶式輸送機雙電機驅動時的轉矩平衡問題，高壓變頻器通過一拖一控制來實現轉矩平衡；（4）具有驗帶、自動調速、節能等功能，依據相應的煤炭運輸量要求，變頻技術實現運輸速度的自行調節功能，在帶式輸送機的整個運行過程中，更好地實現帶式輸送機的運輸要求，大大降低工作能耗，節約電能。

3.3 變頻調速改造方案的設計與選擇

帶式輸送機采用多臺電機拖動，需要對其控制與協調問題進行平衡。針對東周窯礦DSJ140/350/2×500落地式皮帶輸送機的變頻技術改造前，事先設計了以下三種驅動方案：

方案1：一拖多并聯運行方案。主要適用于電機數量少、功率小的改造方案。方案2：主-從控制方案。主要是適用于電機出力均衡、間距小、系統簡單的改造方案。方案3：統一協調控制方案。主要適用于改造電機數量多、間距大、系統復雜的改造方案。

結合東周窯礦開采現場的實際情況與應用條件，為了有效控制負載平衡，技術人員決定采用主-從控制模式來進行變頻技術的改造。安裝2臺變頻器，確定其中1臺為主控變頻器，從而確定電機的輸出轉矩，同時根據皮帶輸送要求對整個系統進行速度控制，另1臺為從變頻器，取2臺電動機在各自系統中的磁通值，把轉矩給定值轉換為電流給定值，進行各自的電流閉環調節，保證2臺電動機的出力一致，達到轉矩平衡。由主-從控制結構負載平衡控制示意圖（圖1）可以看到，主控變頻器控制著1#電機的轉速，同時發出1#電機和2#電機的輸出轉矩，從控變頻器調速系統通過調節來對2#電機的輸出轉矩進行控制。

圖1 主-從控制結構負載平衡控制示意圖

在本次的改造方案中，考慮到保障電機的轉速精度控制在0.1%以內，變頻器使用了速度傳感器技術。

4 實踐應用效果分析

DSJ140/350/2×500型皮帶運輸機經采用主-從控制方案對其進行變頻技術改造，整個帶式輸送機運輸工作可以有效地進行調節，增加了運輸系統的自動化程度，電能消耗量節約55萬元。整個皮帶運輸機設備的故障率降低，減少了維修和維護的工作量。

5 總結

本文以同煤集團同發東周窯煤礦DSJ140/350/2×500型帶式輸送機為研究對象，對其采用現代變頻技術進行改造研究，實踐應用效果表明改造后的帶式輸送機能彌補應用過程中功率和耗能不足的問題，同時起到了調速和節能的效果。可以給集團公司其它煤礦帶式輸送機的變頻改造提供參考。