煤礦皮帶機變頻器節能的探討

張 彪

（山西西山晉興能源有限公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033000）

引言

近年來，隨著煤礦行業的不斷發展，皮帶機的應用越來越廣泛。皮帶機作為煤礦斜井運輸的主要設備，它的運行效率一定程度上決定了煤礦的產量。皮帶機在提高煤礦產量的同時，一系列問題也隨之出現：傳統的皮帶機啟動方式容易造成皮帶磨損、斷帶、耗電量大等問題。之后，技術人員引入了皮帶機變頻器，它的出現不僅降低了皮帶機的故障率和設備的維護率，更使得皮帶機耗電量大幅減少，這對于煤礦企業提高經濟效益是很有意義的。但是，皮帶機變頻器并不是完美無缺的，它自身還存在一些問題，這些問題掣肘著它的發展。

1 皮帶機變頻器在煤礦生產中的作用

1.1 調整皮帶運行速度

由于煤礦工作的特殊性，在以往的皮帶啟動中，皮帶經常是突然啟動，這時候啟動皮帶，皮帶電機往往承受著巨大的負荷，對電機傷害很大，大大提高了皮帶電機的故障率，故障率又影響著設備的開停，進而影響到煤礦生產的正常運行。皮帶機變頻器的出現解決了這個問題，它能夠實現軟起動和軟停車。啟動時，它可以將皮帶電機平穩緩慢地啟動，慢慢釋放皮帶內部的能量，使皮帶張力大大減小用以保護皮帶；停車時，逐步緩慢地停車，減小了皮帶突然停車對設備的沖擊，將對設備的傷害減小到最低[1-3]。

1.2 降低皮帶強度要求

在皮帶機變頻器未廣泛應用之前，皮帶啟動時往往突然得到一個巨大的張力，非常容易使得皮帶出現不同程度的損傷，甚至發生斷帶事故，使得皮帶的壽命大打折扣，增加了煤礦企業的材料成本。皮帶機變頻器的廣泛應用從技術上解決了這個問題，它能夠根據實際負荷及時調整運行功率，使得啟動皮帶時有一個由慢變快的加速過程，可以有效地防止皮帶出現斷帶的機率。并且它對皮帶強度的要求也相對降低了，在減輕煤礦企業成本的同時，還為煤礦企業選擇皮帶類型上提供了更多的選擇，實現了經濟效益的最大化。

1.3 調整皮帶運行功率

傳統方式下，煤礦皮帶機靠單筒滾筒或者是雙通滾筒來驅動，在這種方式下，滾筒分配功率不均，且不能隨著皮帶實際負荷的變化而實時調整功率，然而，在引入皮帶機變頻器后，可以通過對各皮帶電機電能的輸出進行分配和調控，使各皮帶電機的電流輸出緩慢變化，各皮帶電機的輸出功率趨于平衡，進而皮帶機和皮帶電機運行速度保持同步，保證了皮帶機的平穩運行。

1.4 延長皮帶使用壽命

相關研究結果表明，皮帶機的啟動時間長短會對皮帶造成直接影響。傳統的皮帶啟動方式中，皮帶需要在短時間內達到規定速度，單位時間內皮帶超負荷運行，并且皮帶受到的張力極大，這就容易誘發斷帶事故，嚴重影響了皮帶的正常使用壽命。在使用了皮帶機變頻器之后，可以有效地控制皮帶機的啟動時間，讓皮帶從開始啟動到達到規定運行速度有一個平緩的加速度過程，這可以有效地保護皮帶，斷帶事故較之前大大減少，這不僅延長了皮帶的使用壽命，長此以往，還降低了煤礦企業的耗材成本，讓企業管控成本的能力更上一層樓。

1.5 降低皮帶電力損耗

傳統的皮帶運輸方式中，皮帶機通常以一定的速度運行，無法對設備在空載和重載狀態下進行實時的電能調控，皮帶的運行速度往往又與電能的消耗成正比，這種方式下無形中造成了電能的巨大浪費。皮帶機變頻器解決了這個問題，它可以根據實際負荷來實時調整皮帶運行速度，當皮帶暫時空載時，降低皮帶運行速度，來達到節能的目的，實現了電能損耗和生產之間的最優化。而且皮帶機變頻器減少了液力耦合器環節，皮帶電機和減速器是直接相連的，大大提高了傳遞效率，同時，變頻器也有著穩壓的功能，大大減少了電能的損耗。

2 皮帶機變頻器的節能效益分析

經現場測試，煤礦井下在投入使用變頻器拖動皮帶以后，電量消耗大為減少。以額定功率為500 kW·h 的皮帶電機為例，在沒有使用變頻器之前，每天的電量消耗大概為9 470 kW·h，應用變頻器之后，該皮帶電機電量的日損耗量為6 147 kW·h，大約比前者節省了35%的電量。如果按照0.7 元/kW·h 來計算的話，使用變頻器之后，每天可節省約2 326 多元的支出，每年就可節省高達85 萬元的支出，大大減少了煤礦企業的生產成本。如果再將皮帶機日常的維修、更換、保養計算在內的話，會節省得更多。總之，煤礦企業使用皮帶機變頻器之后，對于經濟效益的提升是非常顯著的。

3 皮帶機變頻器的節能效益提升對策

3.1 提高技術指標

相對于普通變頻器，皮帶機變頻器對技術指標方面的要求也較高，主要體現在以下四方面：第一，對電壓穩定性的要求較高。皮帶機變頻器工作時往往對電壓的穩定性有較高的要求，當電壓不穩定時，會限制變頻器功能的正常發揮；第二，皮帶機變頻器啟動時，要求是普通變頻器起動轉矩的兩倍以上，用來確保皮帶運行時的平穩性；第三，最好采用“S”型的轉動速度軌道，這樣可以提高皮帶機加減速時的穩定性；第四，為了最大化實現節能，對數字自動化控制系統提出更高的要求，要求能完成四象限運轉。

3.2 強化散熱功能

普通變頻器通常采用水冷或者是風冷系統來進行散熱，而礦用皮帶機變頻器作為煤礦井下用的電氣設備，首先要求具有防爆性和隔爆性，變頻器內各元件在狹小的防爆腔內工作，不僅容易積蓄熱量，產生的熱量往往又不容易散發出去。采用傳統的風冷降溫并不能取得較好的效果，而水冷降溫系統應用到皮帶機變頻器上又過于復雜，所以，需要對皮帶機變頻器進行一些適當的改良，提升其散熱效率，延長皮帶機變頻器的使用壽命，滿足煤礦生產需要。

3.3 增強電磁兼容

由于煤礦井下工作環境的特殊性，皮帶機變頻器電磁兼容方面問題比較突出，它工作時，容易受到電磁干擾，輸入和輸出電流、電壓中往往還帶有高次諧波，造成變頻器誤動作，并且對于變頻器自身和周圍設備的安全運行來說也會產生一些不良影響。對此，可以通過各種方式來提高皮帶機變頻器的抗干擾性，如改善皮帶機變頻器的工作環境來減少來自環境中的干擾，采用技術手段提高皮帶機變頻器的電磁兼容性，保證變頻器的正常運行[4-6]。

4 結語

隨著我國經濟的迅猛發展，能源需求量也越來越大，但是有些能源存量是有限度的，如何在發展經濟的同時減少能源的浪費是一大研究課題。對皮帶機變頻器如何提升節能效益進行的探討，并提出一些對策，進一步提高皮帶機變頻器的工作效率，可以有效地控制能源的浪費，提高經濟效益，讓煤礦企業走上科學合理的可持續發展道路。