基于變頻調速的帶式輸送機節能技術研究

賈若凡

（汾西礦業集團煤礦安全監管五人小組管理局， 山西 介休 032000）

引言

煤炭生產企業中帶式輸送機得到廣泛應用，在設備選型時，為滿足生產不均衡或者保留富余運輸能力，往往選擇較大裝機功率的驅動電機，反而降低了驅動電機做功和電力的效率，日積月累形成了巨大的電力成本浪費，這是煤炭企業亟待解決的技術難題[1-2]。

1 國內常用節能技術分析

1.1 減電機運行方法

在我國井工煤礦中帶式輸送機一般均配備至少2臺的驅動電機，如果在運行過程中始終由全部的電動機同時驅動，在煤流量較少甚至空負荷的狀態下，不可避免的要造成電動機做功和電力的無謂損失。因此當帶式輸送機負荷降低時，可自動匹配電動機的運行臺數，使電動機的功率符合當下的運輸負荷，從而達到節省電力的目的[3]。其技術要點在于通過1臺檢測設備識別電動機的運行狀態，然后通過更改PLC指令來啟動或停止驅動電機。

1.2 功率平衡節能方法

多電機驅動的帶式輸送機，2臺電動機即使型號相同、功率相同，由于電機傳動裝置、摩擦系數、功率分配等多方面影響，導致驅動過程會存在功率不平衡現象，從而使設備出現負載不均、機械磨損、電機壽命縮短、能耗增大等不利影響。對功率進行平衡可采用耦合補償方法，通過分析電動機的差異，針對性給予參數修正，使系統中電動機的運行參數發生變化時，自動進行反饋及補償，使多臺電動機所分配的載荷均衡。同時，在啟動過程對電動機的轉速進行合理調配也能夠實現節能目的[4]。

1.3 降電壓節能方法

電動機負載保持最佳狀態時的運行效率最高，功率得到最大程度利用，能耗最合理。當輸送機低負荷或空負荷運轉時，電動機的功率因素下降，損失的功率就增多。因此，若想提高做功效率，應從提高功率因素、減小電動機端電壓、降低電動機運行電流的方法入手，例如可通過雙向可控硅調壓電路來對電動機進行調控，降低電壓及電流，提高做功效率[5]。目前，這項技術在煤礦帶式輸送機中得到了較廣泛應用。

2 基于變頻調速的節能技術研究

2.1 帶式輸送機功率與帶速關系分析

在井工煤礦中由于產能的提升和對設備功率需求的增大，帶式輸送機的運煤量不斷增大，能耗也隨之提升，而配置完成的帶式輸送機，其電動機型號、減速箱參數、傳送裝置和各部配件都是固定的，運行速度也是恒定的，這就造成無論是滿負荷、低負荷還是空載，電動機都以恒速運行，無法根據載荷進行速度調整，造成電能浪費。

根據帶式輸送機運行時的工作阻力計算[4]，對于某選定的帶式輸送機，運煤量Q及皮帶速度v對電動機功率P影響最大，當運煤量Q不變時，功率P與帶速v成正比關系，即電動機功率隨帶速的增大而增大，如下頁圖1所示。因此，在滿足運煤量的前提下，將帶速進行合理控制能夠達到減少電動機功率消耗的目的。

2.2 帶式輸送機變頻調速節能效果分析

在井工煤炭運輸過程中，設備選型時會為各部輸送設備留有富余系數，為得到在運煤量不變時，電動機功率與帶速的實際變化關系，做如下一組實驗進行驗證：運煤量恒定設置為500 t/h，改變輸送機帶速后，單位長度皮帶內煤炭質量隨之變化，單位長度皮帶的填充率也變化，進而探究功率、能量消耗率的變化趨勢。實驗數據如下頁表1所示。

圖1 帶式輸送機功率與帶速關系示意圖

根據實驗數據分析，在運煤量保持不變的前提下，隨著帶速降低，單位長度內物料質量和皮帶填充率都隨之增長，電動機消耗的功率下降。即運輸同等質量的煤炭，降低帶速會使單位長度皮帶上的填充率接近滿載狀態，皮帶電動機的功率充分做功，從而降低能耗。因此，應用PLC變頻控制技術對帶式輸送機的運行速度進行合理控制，能夠有效降低電力消耗。但是皮帶運行速度過低時，又會因阻力過大造成電動機超負荷運行，影響電動機的使用壽命，故帶速應控制在一個合理范圍內。

3 結語

為獲得煤礦企業機電設備較高的運行可靠性，在設備選型尤其是在功率選型時往往取較大的富余系數，導致帶式輸送機等設備在實際運轉時長期處于低負荷甚至空載狀態下運行，從而造成電力的浪費。國內已有的節能技術有配備2臺以上電動機時的減電機節能方法、對多電機的耦合補償功率平衡方法，電動機啟動時的轉速調配方法以及降低電壓的節能方法等。應用PLC變頻控制技術對帶式輸送機的運行速度進行合理控制，能夠有效降低電力消耗，但是當皮帶運行速度過低時，又會因阻力過大造成電動機超負荷運行，影響電動機的使用壽命，故帶速應被控制在一個合理范圍內。