綜采工作面刮板輸送機電控裝置的應用

張健，苗向民

(華亭煤業集團 新窯煤礦有限責任公司，甘肅 崇信 744100)

0 引言

新窯煤礦位于甘肅省崇信縣新窯鎮，隸屬華亭煤業集團有限責任公司。礦井為一井一面生產格局，單水平上下山開拓，采用走向長壁綜采放頂開采方法和全部垮落法管理頂板。由于礦井所采煤層硬度系數較低，在綜采工作面采煤機進刀或刮板輸送機推移過程中，經常會出現煤壁片幫，造成刮板輸送機上煤量過大、刮板鏈卡死等惡劣情況，導致其意外過載和頻繁停機；同時由于煤塵、巖塵、水、泥和拉回煤的影響，造成刮板輸送機鏈條及刮板摩擦力增大，刮板輸送機運行中會出現嚴重的沖擊和刮卡。故刮板輸送機的啟動運行一直是困擾礦井正常生產的難題，因此，新窯煤礦一直致力于刮板輸送機電控裝置的改進。

1 4503工作面設備配置分析

4503工作面采用SGZ730/2×160型中雙鏈刮板輸送機，配置YBSD-160/80-4/8型礦用隔爆型雙速三相異步電動機驅動，配套1臺QBZ-6×200/1140(660)ZH礦用隔爆型組合真空電磁啟動器進行啟停控制。

組合真空電磁啟動器額定電壓為1 140 V，電動機高低速額定電流為98/63A。在刮板輸送機空載和重載情況下，組合真空電磁啟動器顯示的電動機啟動電流可達額定電流的4～7倍，供電距離較遠的電動機啟動電流可達額定電流的8～10倍。從而導致電動機輸出轉矩降低，造成難啟動的工作現狀。同時電動機低速向高速轉換時，會出現較高的電流峰值，對設備和電網產生沖擊。且高低速切換依賴人工操作，過載保護能力差，啟動電流大，過電流保護能力不足。因此，經實際應用分析，傳統的雙速三相異步電動機配套組合真空電磁啟動器的控制方式，已不適用于現在功率逐漸增大的工作面刮板輸送機。

2 5401工作面設備配置分析

5401工作面采用SGZ764/2×315型中雙鏈刮板輸送機，配置YBSD-315/160-4/8型礦用隔爆型雙速三相異步電動機。刮板輸送機電控裝置先后使用1臺QJR1-4×400/1140(660)-4型礦用隔爆兼本質安全型交流真空組合軟啟動器和2臺 BPJ1-400/1140G型刮板輸送機用隔爆兼本質安全型交流變頻器，并配套2臺DKB-250/1140L型礦用隔爆型濾波電抗器進行啟停控制。

實際應用中，組合軟啟動器回路采用3對反并聯晶閘管和智能化模糊控制技術，通過電流的閉環調節來完成調壓啟動控制，實現電動機的軟啟動、軟停止[1-2]。在電動機空載、半載、滿載的情況下，啟動器均能平穩啟動。具備4種軟啟動方式：一是調壓啟動方式,啟動器接到啟動信號后，在限定的時間內輸出電壓從初始值線性增長到額定電壓；二是限流啟動方式,根據負載電動機的電流狀態，使被控電動機的端電壓非線性增大，依電動機的調壓特性運行；三是限流+突跳啟動方式,檢測負載電動機的電流狀態，當電流達到4Ie時，進行500 ms的全壓突跳啟動然后轉限流啟動方式；四是調頻啟動方式,在降低電動機定子電壓的同時，使電動機處于調頻工作狀態，使啟動力矩達到被控電動機額定力矩的1.4倍，同時使啟動電流小于4倍電動機的額定電流，啟動一段時間后再以限流啟動方式控制輸出電壓。

軟啟動器額定電壓為1 140 V，正常情況軟啟動器直接驅動電動機高速繞組，額定電流為192 A，在刮板輸送機空載和重載情況下，軟啟動器顯示的電動機啟動電流值一般為額定電流的3～4倍，相比較組合真空電磁啟動器，電動機的啟動電流大大降低[3]。雖然軟啟動器可直接驅動電動機高速繞組，但啟動電流仍較高，若驅動電動機低速繞組，依賴人工操作，仍給正常生產帶來了不便，啟動性能較差，設定時間內達到全速，不能完全實現無級變速，不能有效解決重載啟動問題，故決定更換為變頻器。

變頻器變頻調速是通過改變電動機定子繞組供電的頻率來達到調速的目的，即把工頻電源(50 Hz)通過整流器變成平滑直流，然后利用半導體器件(GTO、GTR 或 IGBT)組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，采用微處理器編程的正弦脈寬調制(SPWM)方法，使輸出波形近似正弦波，用于驅動異步電動機，實現無級調速[4-5]。其變頻器額定電壓為1 140 V，變頻器直接驅動電動機高速繞組，額定電流為192 A，根據現場應用情況，電動機啟動電流一般在0～30 A左右，變頻器可根據電動機的負荷變化，調整電動機的工作頻率，達到所需的轉速與扭矩，在刮板輸送機輕載及重載的情況下，電動機啟動電流值均較低。同時變頻器可與現場傳感器設備形成閉環系統，實現電動機重載軟啟動、軟停車和運行過程中的變頻調速控制，具有低啟動電流、平穩的啟動速度、可調的啟動時間、對電網的沖擊小、輸出力矩大等優點。

但變頻器運行過程中仍存在一些問題[6]:一是變頻器中的非線性整流器件產生諧波對電網產生傳導干擾，影響電網供電質量；二是變頻器的輸出部產生的電磁輻射干擾，影響周邊電氣設備的正常工作。雖然每臺變頻器均配備了1臺濾波電抗器，但仍對附近電網造成一定影響，尤其是對控制系統影響較大，易造成信號失真和錯誤(因工作面條件受限，控制通信線纜與動力電纜間距離小)。所以，應用變頻器的同時，必須采取減少或削弱變頻器諧波及電磁輻射的措施，必要時需單獨配置移動變電站，既要考慮效果，又要考慮價格因素，還要因現場情況而定，從一定程度上增加了生產成本和人員勞動強度。同時變頻器運行方式為一托一，即1臺刮板輸送機需配置2臺變頻器和2臺濾波電抗器。由于新窯煤礦工作面煤層較軟、頂板易下沉，單臺變頻器和濾波電抗器尺寸較大，占用空間大，給現場安全管理帶來了困難。

3 5501工作面設備配置分析

磁阻調速電動機為定轉子雙凸極 12/8 齒結構，定子齒上有集中繞組，每4個齒的繞組相連接，構成三相繞組，轉子材料與定子相同，不含鋁或其他金屬材料，沒有鼠籠結構，機械強度高[7-9]。當某相繞組通電時，將產生1個使鄰近轉子齒與該相繞組軸線相重合的電磁轉矩，順序對各相繞組通電，則可使轉子連續轉動。改變通電次序，可改變電動機轉向，控制該電流的大小和通斷電時刻，可以改變轉矩和轉速，電動機運行的低速、中速、高速采用不同的控制方式，開關頻率低，效率高，對外干擾小。

磁阻調速驅動系統額定電壓為1 140 V，電動機額定電流為130 A，開關磁阻調速器為一拖一運行方式。在刮板輸送機空載和重載情況下，開關磁阻調速器顯示的電動機啟動電流值一般為10～30 A，最大啟動轉矩可達2倍額定轉矩。磁阻調速系統可根據刮板輸送機啟動負載的大小調節啟動時間，在需要重載啟動場合具有很大的優勢，且無電網與機械沖擊。采用開關磁阻調速系統，可隨負載變化實時快速調節刮板輸送機運行速度，速度調節范圍為400～1 500 r/min，可較好適應采煤機、轉載機、帶式輸送機運行狀態多變的情況。在額定轉速和不同負載下都具有較高的系統效率，可減少刮板輸送機輕載狀態下的磨損和大煤量時轉載機、帶式輸送機過載等故障。

4 結論

通過對4503、5401、5501綜采工作面設備配置的技術分析，探索出真正適用于工作面刮板輸送機的電控裝置為磁阻調速驅動系統，不僅能滿足多種工況的要求，而且實現了節能降耗，提高了經濟效益。