變頻調速系統在帶式輸送機中的應用

常雷雷

（山西沁和能源集團南凹寺煤業有限公司，山西 晉城 048000）

1 前言

礦用帶式輸送機長期處于過載運行狀態，這導致運輸機輸送帶磨損、能耗及故障率大幅提高，同時也會導致運輸機的使用壽命縮短[1-4]。為解決上述問題，南凹寺煤業研究一種基于帶式輸送機的變頻調速系統，在井下試運行的3 個月內，達到減少輸送帶磨損、降低能源消耗的目的，并且運輸機的故障次數也得到相當程度的減少。

2 變頻調速系統設計原理

礦用變頻調速系統是通過實時監控帶式輸送機的運行狀態及載荷量，根據不同的載荷量對帶式輸送機的運行速度進行調節，從而達到減少輸送帶磨損及節能降耗的目的。系統主要由變頻控制器、傳感器、邏輯控制器、單片機、控制主機、電源控制器組成。

在運輸機的電動機部位以及輸送帶部位加設傳感器，用來實時監控采集帶式輸送機的運行狀態及載荷量數據信息；邏輯控制器及單片機對采集到的數據信息進行處理并發送至控制主機；控制主機在接收到處理后的信息數據后，對工作人員進行操作提示；工作人員通過電源控制器操控變頻器對帶式輸送機進行運速調節，使其運行速度科學合理。

在變頻調速系統中變頻器是最主要的部分，其運行原理為通過將輸入交流電轉換為直流電，將轉換后的直流電頻率進行調控后再次轉換為交流電，在輸入電流的轉換過程中完成調頻，控制帶式輸送機的輸入電流，實現帶式輸送機的調頻控制。

井下帶式輸送機在運行狀態下，變頻調速系統會對其運行狀態及載荷狀態進行數據采集并處理，通過數據分析，得到當前運輸機的狀態信息，預測帶式輸送機存在的安全隱患。運輸機輸送帶上存在物料或煤炭矸石時，變頻調速系統會根據當前的載荷狀態及時調整運輸機的運行速度，運輸任務完成后，變頻調速系統檢測到運輸機空載狀態，會對運輸機進行減速直至停止運行，實現減少輸送帶磨損及節能降耗的目的。此外還能對帶式輸送機進行故障報警，緊急關閉運輸機并發出警報通知工作人員進行維護，保證帶式輸送機的安全運行。

3 變頻調速系統運行流程

變頻調速系統運行的步驟流程如圖1。帶式輸送機開始運行后，系統隨機對運行狀態及荷載狀態的數據信息進行采集分析，分析后判別當前狀態是否滿足帶式輸送機的運行條件，N 表示不滿足，Y表示滿足。當不滿足條件時，表示帶式輸送機當前狀態存在安全隱患，緊急停機并發出警報；當滿足條件時，變頻調速系統會根據當前輸送帶的載荷狀態進行變頻調速，載荷量較大時，提高運輸機的運輸速度，載荷量減小后，隨之降低運輸機的運行速度。

帶式輸送機變頻調速系統根據輸送帶載荷量對運輸機速度進行調控的方法，能夠有效降低輸送帶磨損，減少能源消耗，并提高礦井運輸效率。

圖1 輸送帶實時調速控制流程

4 應用實踐

南凹寺煤業30407 工作面的物料及煤炭運輸采用的帶式輸送機配備兩臺1500 kW 的電動機，電動機全部安裝在機頭部位。30407 工作面帶式輸送機原啟動方式為軟啟動，使用過程中，存在輸送帶磨損速度快、能源消耗過大的問題。30407 工作面帶式輸送機電動機參數見表1。

為了滿足礦井的生產運輸任務，降低輸送帶及能源的損耗成本，南凹寺煤業應用帶式輸送機變頻調速系統。根據30407 工作面帶式輸送機安裝的兩臺電動機，采用了兩級控制的調控方案，結構方案如圖2。

表1 南凹寺煤業運輸機電機參數表

圖2 兩級控制結構負載平衡控制示意

該方案中，兩臺電動機一臺為主控電機，對另外一臺電動機安裝高頻變頻器，并保證兩臺電動機運行保持同步。為進一步加強對電動機轉速控制的精度，保證電動機轉速的監測誤差，加裝速度傳感器，轉速監測精度誤差控制在0.8%以內。兩級控制方案具備采集遠程控制指令的功能，還能保證本系統發送指令的執行。

5 應用效益

南凹寺煤業井下帶式輸送機變頻調速系統在應用的3 個月內，有效地降低運輸機輸送帶的磨損速度，減少能源消耗，帶式輸送機的故障率也得到了有效控制，給礦井節約了極大的成本投入。在應用變頻調速系統前，30407 工作面帶式輸送機能耗達30 000 kW·h，對帶式輸送機進行了變頻調速系統改造后，運輸機能耗降低至21 000 kW·h，能耗降低了36%。按照工業用電市場價0.9 元/kW·h 計算，僅30407 工作面每日節約能耗費用8100 元，每年可降低能源費用投入近296 萬元，給礦井帶來了極大的經濟效益。變頻調速系統的應用有效減少了帶式輸送機的安全隱患，保證了運輸任務的安全性，也為礦井帶來了安全效益。

6 結語

30407 工作面帶式輸送機變頻調速系統，實現了帶式輸送機運行速度的精確控制，根據輸送帶的載荷狀態實時調控運輸機運行速度，有效地降低了礦井的生產成本，提高了運輸效率，保證了礦井的安全生產。