變頻控制技術在皮帶運輸機改造中的應用

張孝峰

（山西晉煤集團澤州天安朝陽煤業有限公司， 山西 澤州 048000）

引言

皮帶運輸機是煤礦井下常用的運輸設備，其安全運行直接影響著井下煤礦運輸的效率，是煤礦生產的重要環節。當前澤州天安朝陽煤業井下皮帶運輸機全部采用液力耦合器來實現軟啟動，從多年的運行實踐來看，該驅動方式存在可靠性差，對多驅系統不能實現功率平衡，機械損傷大等問題。因此，該礦通過技術調研，決定對皮帶運輸機驅動系統進行主- 從低壓變頻調速系統的改造，替代了液力耦合器進行軟啟動的驅動方式，從而提高皮帶運輸機運行的平穩性和安全性[1]。

1 DTL100/50/132 皮帶運輸機驅動系統

澤州天安朝陽煤業井下盤區皮帶型號為DTL100/50/132，該皮帶運輸機采用雙機驅動，其驅動結構示意圖如圖1 所示。

圖1 皮帶運輸機驅動系統示意圖

該皮帶運輸機參數：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。驅動電機參數型號為YBK2-250M-4，功率為132 kW，電壓為1 140 V。

通過對液力藕合器驅動方式的分析可知，該驅動方式存在以下不足之處：增加空載啟動環節過多，水電阻易產生環境污染，皮帶強度要求高，多電機驅動轉矩不平衡。同時該驅動方式的用電量較高，經濟性不太高，因此有必要進行相應的技術改造[2]。

2 變頻控制技術的實踐應用

2.1 變頻器的工作原理

當前采用的變頻器主要是以交- 直- 交變頻器為主，其組成結構如圖2 所示，主要由整流器、中間支流環節、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生了變化，機電設備只需較小的啟動電流就能獲得較大的啟動轉矩[3]。

2.2 高壓變頻器的技術優勢

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

2）可以有效降低皮帶強度。通過變頻調速技術，可以調整啟動時間在1 h 之內，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、維修保養的成本都大幅度降低了。

3）采用主—從低壓變頻調速系統可以有效實現多電機驅動時的轉矩平衡問題。

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

2.3 變頻調速控制方案的設計

針對澤州天安朝陽煤業井下盤區DTL100/50/132 皮帶運輸機的情況，設計了3 種不同的驅動方案。方案I：一拖多并聯運行方案；方案II：主- 從控制方案；方案III：統一協調控制方案。

從澤州天安朝陽煤業公司井下運輸的現場情況來看，采用主- 從控制方案可以有效控制負載平衡，同時符合電機數量少于3 臺及電機間間距小的要求。主—從控制方案設計的示意圖如圖3 所示，在該控制方案當中，其中一臺變頻器為主控，確定輸出轉矩，另一臺變頻器由主控變頻器控制，與其同步運行。變頻調速系統只控制電機轉矩，不控制從控電機的轉速[4-5]。

圖3 主- 從低壓變頻調速系統控制結構示意圖

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

3 實踐應用及其效果

2019 年5 月， 對澤州天安朝陽煤業DTL100/50/132 皮帶運輸機驅動系統進行了主—從低壓變頻調速系統的改造，并完成了安裝、調試、試運行作業。當前，DTL100/50/132 皮帶運輸機的運行整體穩定，驅動方式的可靠性強。主—從低壓變頻調速系統可以有效對皮帶運輸機進行調節，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，設備維修和保養的工作量大大減小。從運行的半年時間來看，無安全問題發生。對DTL100/50/132 皮帶運輸機驅動系統進行的主—從低壓變頻調速系統的改造項目是成功的，取得了較好的安全經濟效益。