變頻技術在帶式輸送機遠距離運輸中的應用研究

趙剛

關鍵詞：變頻技術;帶式輸送機;遠距離運輸

0引言

隨著煤炭工藝的不斷進步，帶式輸送機以其多點啟動、大功率以及長距離等優勢被廣泛應用至煤礦開采過程中。但帶式輸送機的啟動摩擦力較大，經常處于滿載運行狀態，需要張緊輸送帶后才可以啟動，并且會出現沖擊載荷大，驅動電機出力不均等問題。因此，啟動時應減小加速度，保證平穩性。在長距離運輸中，帶式輸送機大多存在傳動效率低，系統運行不穩定等問題，包括輸送帶斷裂、輸送帶與液力耦合器磨損嚴重以及諧振跳帶等方面。通過使用變頻技術可以改變輸送機的供電頻率，提高整體的運輸效率。且改造后可以任意調節系統的加速時問，滿足軟啟動特點，延長了輸送帶的使用壽命，達到了明顯的節能效果。

1變頻調速技術工作原理

1.1技術原理

電子器件與控制電路均屬于變頻調速技術的關鍵因素，主要變換大功率電能，包括電壓、波形以及頻率等方面，之后利用變換后的電能驅動電動機，利用機械裝置將電能轉化為工作系統所需機械能，保證系統運行效率與節能效果。為了完成上述功能，應集中傳感器、計算機以及電子電路等部件，采集電機拖動系統運行中的數據信息，進行實時控制，以保證變頻調速的控制效果，達到預期水平。

傳感器、計算機控制器以及執行器等均屬于變頻調速裝置的組成部分。傳感器在電機拖動系統的特殊部位進行安裝，完成壓力、溫度、流量以及轉速等數據信息的采集工作，并形成約定標準信號的形式，以此反饋至計算機控制系統，保證控制運算的合理運行。執行器分為2種類型，其中通斷開關、閥門以及繼電器等機電裝置由計算機的控制器進行控制;變頻器則接收由計算機控制器輸出模擬量或數字量的控制信號，根據電能形態的轉換要求改變電能的波形、電壓以及頻率等指標，保證運行調速效果。計算機控制器在變頻器內置微處理器中安裝，控制調速，實現矢量、轉差頻率以及直接轉矩的有效控制，改善電機的運行狀態。此控制閉環包括電動機、變頻器、傳感器等部件，可以實現系統的負載啟動，根據工作參數要求最大程度地節約電能。

1.2控制裝置系統形態

（1）開環變頻調速控制系統。不包括計算機控制器與傳感器設備，屬于早期的變頻調速控制裝置，設定值由人工完成，利用變頻器設備完成調速。

（2）直接數字控制的變頻調速系統。利用輸入通道采集變頻工作數據信息，了解設備的運行狀態，并通過模擬量輸出通道輸出開停與制動等控制信號，根據開關量確定設備啟停控制信號與系統運行狀態的指示信息，且運算、處理以及變換信息主要在計算機內以數字量形式實現。

（3）分布式變頻調速控制系統。該系統包括分級管理、分散控制以及集中操作等模式，實現綜合協調，形成分級分布式的控制模式。

2帶式輸送機變頻系統結構組成

系統核心為變頻器，利用計算機智能控制算法優化帶式輸送機的運行負荷，此變頻系統可以平衡功率，具備良好的啟停功能，在減少能耗、合理控制帶式輸送機運行速度的基礎上，保證了運行效果。其主要結構包括給負載提供調壓調頻電源的主電路、將工頻電源變換為直流電源的整流器、消除回路中諧波的平波回路、將直流功率變換為所要求頻率功率的逆變器及變頻器保護系統等多個部分。礦用隔爆交流變頻器可以實現帶式輸送機的軟啟與軟停，有效調節運行頻率;帶式輸送機節能控制箱可以實現邏輯控制、通信處理與算法計算。

3變頻技術在帶式輸送機遠距離運輸中的應用研究

3.1帶式輸送機運行情況

某煤礦兩條帶式輸送機的整機長度約為340m，測量可知運量為700t/h。空載運行前設備電機電流為40A，采用可控硅軟啟動模式，后電機電流為50A;負載時前電機運行電流為90A，后電機電流為70A，前后電機電流差別較大。且原采用調速摩擦式耦合器，無法實現調速運行且工作效率較低，具備較大的啟動電流。且啟動期間需要較大加速度，輸送帶持續波動被抑制，張力較小，無法動態管理帶式輸送機的遠距離運行。

3.2改造措施

分析煤礦生產現場的實際數據可知，煤礦帶式輸送機為機頭雙驅，S型包角，運行功率嚴重不平衡。2臺電機的電流運行差別較大，前電機運行負荷過重，多次出現減速箱故障問題，嚴重影響了煤礦的開采效果，為企業帶來較大經濟損失。將幾種改進方案進行比較，結合變頻啟動優勢，制定了可行的變頻改造方案，增加2臺逆變箱、1臺濾波電抗箱、1臺整流回饋箱以及1臺操作臺。

（1）整流回饋。煤礦開采過程中的供電電壓較高，一般會超出普通變頻器的供電電壓要求，當變頻器使用普通二極管時，變頻器直流母線電壓會出現過高問題，而導致故障問題的發生，對此應將整流回饋系統應用至公共電源中，在合理范圍內控制直流母線電壓，采用全控橋整流模式，以保證變頻器設備的四象限運行，滿足變頻器電源的使用要求，提升設備運行的穩定性與可靠性。

（2）濾波單元。網側配置為1臺濾波電抗箱，保證變頻器與整流回饋單元在運行期間產生諧波電流濾波，避免受到電源的過多干擾。

（3）主從同步。保證功率最大程度的平衡效果，保證主從同步與功率的平衡效果。當傳送帶被雙機或多機進行控制時，應采用無傳感器矢量控制模式，其中1臺輸送機被設置為主機，從機為其他輸送機。之后主機采用速度控制模式，從機采用轉矩控制方法。通過CAN總線，為從機傳遞主機輸出的轉矩，并將其設定為從機主轉矩給定。從機在接收主機運行頻率后，完成誤差PID計算，并保證給定轉矩的合理調整，保證從機與主機的同步控制與功率平衡。

（4）啟停帶式輸送機，保證重載啟動的合理性與可行性。在啟動時應結合采用變頻器軟啟動與電機軟啟動模式，電動機實現慢速啟動，緩慢啟動帶式輸送機，緩緩釋放輸送帶內部儲存的能量，降低帶式輸送機啟動過程中的張力波，不影響輸送帶的運行。且由于整個過程采用適量控制模式，重載啟動時轉矩較大且平滑，不會產生沖擊電流。

3.3應用效果

經過改造后進行2個月的試運行，發現改造前的問題得到合理解決，運行效果良好。一是平衡功率，當2部帶式輸送機進行空載運行時，主機與從機的電流誤差應保持在6A范圍內，重載時保持在5A以內，功率的平衡效果良好。分析看出，改造后帶式輸送機全天運行良好，功率基本平衡。二是減小了電能消耗，電動機在重載運行時的功率因數較高，空載時功率因數較低，但也在0.5～0.6之間，因此變頻器在任何時候均具備較高的功率因素，且2臺帶式輸送機采用電動機驅動，功率為250kW，改造后電動機功率因數明顯降低，每天可以運行14h，消耗電能也大幅度減少。經計算可知，改造后的帶式輸送機系統每天可以節約251kw·h電能。三是降低了停機率，有效延長了帶式輸送機的使用時間，系統改造后實現了重載與空載平滑的軟啟動，避免了對輸送帶的沖擊，在延長輸送帶與其他機械設備使用時間的基礎上，降低了機械設備的維修量與停機幾率，保證了生產效率，為企業贏得了更大的經濟與社會效益。

4結束語

某煤礦帶式輸送機系統在采用變頻技術后，可以有效調節加速時間，滿足了軟啟動效果。為了保證帶式輸送機的重載平穩啟動，應采用高精度控制轉矩方法，避免沖擊電網，保證主從機功率的平衡性，在降低故障發生幾率的基礎上，提高了傳動效率，節約了電能。