變頻控制技術(shù)在皮帶運輸機改造中的應(yīng)用

張孝峰

（山西晉煤集團澤州天安朝陽煤業(yè)有限公司， 山西 澤州 048000）

引言

皮帶運輸機是煤礦井下常用的運輸設(shè)備，其安全運行直接影響著井下煤礦運輸?shù)男剩敲旱V生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前澤州天安朝陽煤業(yè)井下皮帶運輸機全部采用液力耦合器來實現(xiàn)軟啟動，從多年的運行實踐來看，該驅(qū)動方式存在可靠性差，對多驅(qū)系統(tǒng)不能實現(xiàn)功率平衡，機械損傷大等問題。因此，該礦通過技術(shù)調(diào)研，決定對皮帶運輸機驅(qū)動系統(tǒng)進行主- 從低壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的改造，替代了液力耦合器進行軟啟動的驅(qū)動方式，從而提高皮帶運輸機運行的平穩(wěn)性和安全性[1]。

1 DTL100/50/132 皮帶運輸機驅(qū)動系統(tǒng)

澤州天安朝陽煤業(yè)井下盤區(qū)皮帶型號為DTL100/50/132，該皮帶運輸機采用雙機驅(qū)動，其驅(qū)動結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 皮帶運輸機驅(qū)動系統(tǒng)示意圖

該皮帶運輸機參數(shù)：運輸能力為500 t/h，輸送機總長為600 m，水平運距為280 m，傾角為7°，帶寬為1 000 mm；帶速為2.5 m/s。驅(qū)動電機參數(shù)型號為YBK2-250M-4，功率為132 kW，電壓為1 140 V。

通過對液力藕合器驅(qū)動方式的分析可知，該驅(qū)動方式存在以下不足之處：增加空載啟動環(huán)節(jié)過多，水電阻易產(chǎn)生環(huán)境污染，皮帶強度要求高，多電機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩不平衡。同時該驅(qū)動方式的用電量較高，經(jīng)濟性不太高，因此有必要進行相應(yīng)的技術(shù)改造[2]。

2 變頻控制技術(shù)的實踐應(yīng)用

2.1 變頻器的工作原理

當(dāng)前采用的變頻器主要是以交- 直- 交變頻器為主，其組成結(jié)構(gòu)如圖2 所示，主要由整流器、中間支流環(huán)節(jié)、逆變器、控制電路等部分組成。

圖2 交- 直- 交變頻器工作原理示意圖

該變頻器利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能，通過該變頻器控制裝置后，三相交流電的電壓和頻率均發(fā)生了變化，機電設(shè)備只需較小的啟動電流就能獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩[3]。

2.2 高壓變頻器的技術(shù)優(yōu)勢

1）可以有效實現(xiàn)皮帶運輸機的軟啟動。通過變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)了電機的緩啟動；同時變頻調(diào)速技術(shù)可以釋放皮帶內(nèi)部能量，降低機械損傷，保護膠帶安全。

2）可以有效降低皮帶強度。通過變頻調(diào)速技術(shù)，可以調(diào)整啟動時間在1 h 之內(nèi)，那么通過延長部分啟動時間來降低對皮帶的強度要求。這樣采購的皮帶成本、維修保養(yǎng)的成本都大幅度降低了。

3）采用主—從低壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)多電機驅(qū)動時的轉(zhuǎn)矩平衡問題。

4）具有節(jié)能降耗的功能。變頻器驅(qū)動電機可控制皮帶運輸機的運行速度，實現(xiàn)皮帶運輸機運行速度隨負載變化而變化，大大節(jié)約了能耗。

2.3 變頻調(diào)速控制方案的設(shè)計

針對澤州天安朝陽煤業(yè)井下盤區(qū)DTL100/50/132 皮帶運輸機的情況，設(shè)計了3 種不同的驅(qū)動方案。方案I：一拖多并聯(lián)運行方案；方案II：主- 從控制方案；方案III：統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制方案。

從澤州天安朝陽煤業(yè)公司井下運輸?shù)默F(xiàn)場情況來看，采用主- 從控制方案可以有效控制負載平衡，同時符合電機數(shù)量少于3 臺及電機間間距小的要求。主—從控制方案設(shè)計的示意圖如圖3 所示，在該控制方案當(dāng)中，其中一臺變頻器為主控，確定輸出轉(zhuǎn)矩，另一臺變頻器由主控變頻器控制，與其同步運行。變頻調(diào)速系統(tǒng)只控制電機轉(zhuǎn)矩，不控制從控電機的轉(zhuǎn)速[4-5]。

圖3 主- 從低壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)示意圖

從圖3 可知，1 號電機轉(zhuǎn)速由主控高壓變頻器控制，兩臺電機的輸出轉(zhuǎn)矩由主控高壓變頻器輸出。2 號電機的輸出轉(zhuǎn)矩是由從高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制的。該變頻控制系統(tǒng)采用無速度傳感器矢量控制技術(shù)，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速精度在0.5%以內(nèi)。該變頻控制調(diào)速系統(tǒng)可以實現(xiàn)外部信號連鎖控制功能和報警邏輯信號輸出功能。

3 實踐應(yīng)用及其效果

2019 年5 月， 對澤州天安朝陽煤業(yè)DTL100/50/132 皮帶運輸機驅(qū)動系統(tǒng)進行了主—從低壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的改造，并完成了安裝、調(diào)試、試運行作業(yè)。當(dāng)前，DTL100/50/132 皮帶運輸機的運行整體穩(wěn)定，驅(qū)動方式的可靠性強。主—從低壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可以有效對皮帶運輸機進行調(diào)節(jié)，電能消耗有效降低了，運輸成本得到了有效的控制。同時皮帶運輸機的故障率大幅度減小了，設(shè)備維修和保養(yǎng)的工作量大大減小。從運行的半年時間來看，無安全問題發(fā)生。對DTL100/50/132 皮帶運輸機驅(qū)動系統(tǒng)進行的主—從低壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的改造項目是成功的，取得了較好的安全經(jīng)濟效益。