變頻電控系統在下運帶式輸送機中的應用

蘭晨璐

（虎龍溝煤業公司機掘三隊，山西 朔州 038300）

虎龍溝煤礦北翼-540～ - 815m水平皮帶斜井下運帶式輸送機采用傳統的液力耦合器配合減速機傳動方式。在運行過程中因啟動電流大，導致帶式輸送機的機械部分磨損嚴重，同時無法保證多電機驅動功率的平衡，需對其進行變頻控制技術的改造。

1 工程概況

虎龍溝煤礦北翼-540～ - 815m水平皮帶斜井采用三段式皮帶下行傳送。首段向下運輸，運輸長度為744m，傾角為-17°；中段為水平運輸，運輸長度為724m；末段向下運輸，運輸長度為1694m，傾角為-9°。運輸能力為600t/h，帶寬1.4m，帶式輸送機運行速度為2m/s。

2 變頻電控系統的研制

針對該下山帶式輸送機研制了新型的變頻電控系統。對下運皮帶的運行工況和速度控制要求進行了分析，在此基礎上提出了基于大功率四象限變頻器采用磁場定向控制技術的下運皮帶變頻電控策略和大能量回饋制動的實現途徑，減輕對電網的沖擊，實現節能經濟運行。對涉及的多電機功率平衡問題、大功率防爆變頻器散熱問題、系統保護問題等進行了詳細分析并提出了解決方案。

（1）研制了1140kV/560kW礦用防爆兼本質安全型四象限變頻器。當電機工作在電動狀態時，變頻器工作在第1、3象限，當電動機工作在發電狀態時，變頻器工作在第2、4象限，通過控制逆變電壓相位和幅值將能量回饋到電網，達到節能的效果。

（2）應用了大功率回饋制動技術。項目采用有源逆變技術，既有良好的制動效果，又將動能轉化為與電網同頻率、同相位的交流電能回饋電網，向電網送電而達到回收能量的效果，主電路結構采用雙電流追蹤型PWM整流器組成方式。采用滯環電流比較能控制功率的雙向流動，具有很快的動態響應速度且對電網污染小，實現了制動力矩可調、重載啟車制動力矩零速保持、多機制動力矩平衡等功能。

（3）應用了先進的矢量控制。項目矢量控制技術中采用FORCE技術，可以獨立控制電機的磁通量和轉矩電流來實現精確的轉矩和速度控制。

（4）采用多電機功率平衡。項目通過理論推導得出了電機供電頻率和牽引力的對應關系式，通過電機電流檢測和閉環控制實現了下運皮帶各運行工況的多機功率平衡，提高了皮帶運行的經濟效益。

3 下運帶式輸送機變頻電控系統改造方案

3.1 變頻電控系統

新型變頻電控系統包括變頻柜、主控臺、制動柜、電源柜四大部分，將裝置安裝在控制室內。變頻控制系統的主控臺是司機操作系統的平臺，可以顯示系統各個部分的運作狀態。主控臺為技術先進、性能可靠的西門子S7系列可編程控制器，可完善地處理全部運輸工藝要求，運行狀態顯示采用了普洛菲斯公司生產的觸摸式彩色液晶顯示屏。系統具有聯網功能，可將輸送機的各種運行狀態遠傳到調度室等地進行監控。司機能根據掌握的帶式輸送機運行狀態和參數，通過操作控制臺上按鈕來操作設備，保障其正常運行。

3.2 系統特點

新型變頻電控系統可以設定皮帶的啟動時間、運行速度，有效地降低設備的機械沖擊。帶式輸送機的皮帶更換、故障檢修、維護和保養會因為運行速度可調而變得非常便利。帶式輸送機可根據運輸的煤量而進行降頻使用，節能效果顯著。主控臺能對帶式輸送機的運行參數進行實時監控，降低了故障的發生率。系統具有多種故障報警保護功能，可實現帶式輸送機的保護。

4 實踐運行效果分析

2018年2 月，虎龍溝煤礦北翼-540～ - 815m水平皮帶斜井下運帶式輸送機已完成了變頻電控系統的改造、安裝和調試工作。從當前的運行情況來講，效果良好。主要體現在以下幾方面：

（1）帶式輸送機主驅動電機由變頻器控制，可實現系統的軟啟動。電機的軟啟動與帶式輸送機的軟啟動模式有效地避免了啟動時發生的高電流對帶式輸送機的沖擊。

（2）變頻控制系統的應用可以有效平衡多電機驅動的功率，消除功率不平衡的現象。合理的主從控制方式保證了輸送機系統正常工作，防止了驅動滾筒與輸送帶的滑動、輸送機系統的共振，減小了輸送過程中的電氣沖擊、彈性振動和機械振動，延長了輸送機輸送帶、托輥、減速器，滾筒裝置的使用壽命，節省能耗。

（3）變頻技術具有輸入諧波小、功率因數高、輸出脈動轉矩小、軟啟動、可靠性高、維護方便等優點，大幅降低企業的生產成本和設備維護成本。

（4）變頻控制系統可以有效地調節帶式輸送機的運行速度，在該狀態下可以有效地進行皮帶的維修和保養工作，提高帶式輸送機的維修效率。

（5）變頻控制系統的應用，減少了液力耦合器使用環節，提高了帶式輸送機的傳送效率，實現了節能的要求。

5 變頻控制系統改造的經濟效益分析

（1）電費的節約。變頻控制系統改造應用后，帶式輸送機電機在負荷率≤70%的情況下，用電量大為降低，同時可根據煤量來調節皮帶的運行速度，節約了電能的消耗。從2018年2月至2018年8月半年的時間統計來看，平均實現節能36%，有效降低了生產成本。

（2）維修費的節約。變頻控制系統對電機實現了軟啟動和軟制動，電機軸上平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費用，電機的壽命也大大提高，為企業節約維修費用。

（3）人力費的節約。變頻控制系統的配置靈活，自動化程度高，功能齊全，可以通過遠程通信進行監控，實現無人值守，節約人力配備。

6 結論

以虎龍溝煤礦下運帶式輸送機為研究對象，進行了變頻電控系統的改造應用研究。實踐應用效果良好，提出的基于大功率四象限變頻器，采用磁場定向控制技術的下運皮帶變頻電控策略和大能量回饋制動的實現途徑，減輕對電網的沖擊，實現節能經濟運行。