皮帶運輸機電機調速系統(tǒng)改進應用分析

董常有

摘 要：皮帶輸送機啟動采用液力耦合方式存在能耗大，污染環(huán)境以及啟動過程中皮帶受到張力過大，多臺驅動電機間轉矩不均衡等問題，在對變頻控制原理進行分析基礎上，提出采用變頻控制代替原有的液力耦合控制方式實現皮帶輸送機的軟啟動。并根據現場實際情況確定變頻控制的啟動方案為主—從控制方式，現場應用結果表明，變頻控制不僅可以實現皮帶輸送機的軟啟動，而且還可以降低皮帶輸送機電能消耗，增加自動化控制水平，提高運輸效率。

關鍵詞：皮帶輸送機液力耦合器;變頻控制

皮帶輸送機是井下的重要運輸設備，其能夠高效運行之間關系到礦井的生產。現階段我國礦井皮帶輸送機的啟動方式通常采用液力耦合器，這種啟動方式存在污染環(huán)境，能效低，多電機啟動時力矩不平衡等問題。將皮帶輸送機啟動采用變頻控制者可以較好的避免上述問題。文中以山西某礦采用的皮帶輸送機為研究對象，對變頻控制替代原有的液力耦合啟動進行分析研究，以期能更好的促進礦井生產。

1 皮帶輸送機驅系統(tǒng)

該礦井下采用的皮帶輸送機采用雙電機驅動方式，電機（型號為YB710S2-4）的輸出功率均為1400kW，電機布置在皮帶輸送機機頭位置，具體的驅動電機布置如圖1所示。該皮帶輸送機原采用的啟動方式為液力耦合啟動，皮帶機啟動過程中多次出現故障，檢修工作量大，同時液力耦合啟動耗電量大，影響礦井的經濟效益。具體的驅動電機參數如表1所示。

2 液力耦合啟動問題分析

采用液力耦合器對皮帶輸送機進行軟啟動時首先需要空載進行啟動，主要是因為當電機的啟動頻率是工作頻率時，啟動時的瞬間電流可以達到電機額定電流值的4倍，瞬間增大的電流會給驅動電機較大的沖擊，容易引起電機出現故障;同時空載啟動同樣會給供電系統(tǒng)造成一定的沖擊，如電壓降低，給電網中的其他電氣設備造成影響。為了避免上述問題出現，通常在液力耦合器上加裝額定的設備，最常用的是水電阻。當液力耦合器長時間工作時，安裝的水電阻內部溫度較高，當達到一定的限值時，會引起內部的合金塞融化，造成液體泄漏，不僅污染外界環(huán)境，同樣增加設備的維修工作量。

采用液力耦合器進行軟啟動，要求皮帶輸送機在較短的時間內從速度為0提升到額定運轉速度，皮帶輸送機在啟動過程中受到較大的張力，因此，需要額外的對皮帶輸送機的強度進行補強，避免在啟動過程中出現皮帶機斷裂情況;井下布置的皮帶輸送機運輸距離往往比較長，運輸任務繁重，往往采用多部驅動電機接力方式帶動皮帶機進行運轉。此時采用液力耦合器啟動方式就會造成多部驅動電機的轉矩不均衡，這種轉矩不均衡是液力耦合器無法解決的問題。

3 變頻控制分析

3.1 變頻啟動工作原理

皮帶輸送機采用變頻器將最初的輸入的三相或者單向交流電變成直流電，其次再將直流電變成交流電輸出，輸出的交流電頻率與輸入的交流電不同，電機只需要在較小的電流值下就可以取得較大的轉動扭矩，使得驅動電機能夠在較小的輸入電流就可以實現皮帶輸送機的重載荷啟動[5-6]。具體的變頻器調速與接線示意圖如圖2所示。皮帶輸送機的軟啟動時在驅動電機緩慢啟動的基礎上進行的，降低啟動時對皮帶的沖擊力，避免在啟動過程中出現皮帶斷裂情況。

3.2 調速方案確定

由于皮帶輸送機載荷較重，通常采用多臺輸送機接方式，這時就需要注意各個輸送機驅動電機的協(xié)調問題。由于驅動電機的動力輸出是通過皮帶耦合實現，若驅動電機有滑差，則會造成變頻器間輸出頻率出現一定偏差，從而造成驅動電機輸出的力矩不均衡，嚴重時會引起故障。

根據分項，現場常用的驅動電機驅動方案主要有3種：①主—從控制方式。這種驅動控制方式要求驅動電機的數量在3臺以上，各個驅動電機間間距小，以便滿足各個電機輸出扭矩間的平衡;②一拖多并聯(lián)運行方式。該控制方式適用于電機數量在3臺一下，單臺電機的輸出功率小，且成本要求底的變頻控制系統(tǒng);③統(tǒng)一控制方案。該方案適用于電機數量在3臺以上，電機輸出功率大，且距離長的復雜情況。

根據礦井實際情況以及各種調速控制方案適用性，決定采用主—從控制方案。選擇一臺變頻器作為主控制器確定電機輸出扭矩，另外的電機作為從控制器與主控制器保持同步，變頻調速控制只對電機的輸出力矩進行控制，不控制電機轉速，具體的控制方案具體如圖3所示。

為了保證電機的運轉精度，將不同電機間的精度控制在0.5%以下，可以采用無速度矢量控制方式，若對精度控制在0.1%以下時，可以采用速度傳感器。

4 效果分析

采用主—從變頻調速控制方式在礦井皮帶輸送機調速控制的應用結果表明，該控制方式可以實現皮帶輸送機的軟啟動，降低電機損耗、運輸成本實現皮帶輸送機的自動化控制，同時還可以降低皮帶機的維護工作量，具有顯著的經濟效益。

5 總結

采用變頻控制方式來替代礦井原采用的液力耦合器方式實現皮帶輸送機的軟啟動，并根據礦井實際情況，確定采用主—從調速控制方案，解決了驅動電機轉矩不均衡問題。同時采用變頻控制可以根據皮帶輸送機運送載荷對皮帶運行速度進行控制，降低輸送機的電能消耗，達到降低運輸成本，增加自動化控制水平的目的。為其他礦井皮帶輸送機的控制改造提供了一定的借鑒。

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