變頻器調(diào)速在低速運轉(zhuǎn)皮帶輸送機上的應(yīng)用研究

魏晉平

（甘肅廠壩有色金屬有限責任公司廠壩鉛鋅礦，甘肅 隴南 742504）

在選礦生產(chǎn)工藝上，為保證流程穩(wěn)定，確保工藝技術(shù)參數(shù)達標，有時要求皮帶輸送機運轉(zhuǎn)速度達到0.6m/s甚至更低，這種情況下的皮帶輸送機屬于超低速運轉(zhuǎn)，這種負載采用變頻調(diào)速，既可以節(jié)約電能又非常方便操作。但在皮帶機采用變頻調(diào)速時，不能取消減速裝置或者采用減速比較小的皮帶輪傳動，讓變頻器直接降頻來驅(qū)動，因為這樣會降低電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，使電機有可能帶不動皮帶輸送機，從而出現(xiàn)變頻器過轉(zhuǎn)矩跳閘現(xiàn)象。

1 電機及皮帶輸送機基本參數(shù)

某選礦廠球磨機給料系統(tǒng)由5條TD-75型皮帶輸送機組合完成，編號分別為11#-A、11#-B、12#-A、12#- B、13#，工藝布局如圖1所示，所有皮帶輸送機均采用皮帶輪配B型三角皮帶傳動，驅(qū)動示意圖如圖2所示，粉料通過放料閘門給到11#-A、11#-B、12#-A、12#-B皮帶輸送機（配YVF系列5.5kW電機），輸送至13#皮帶輸送機（配YVF系列11kW電機），再由13#皮帶輸送機輸送至進料斗進入球磨機。皮帶輸送機電機均由日普RP3200-G系列調(diào)速變頻器控制拖動，5.5kW電動機配用5.5kW變頻器，11kW電動機配用15kW變頻器，皮帶機輸送物料的最大波幅量約為25%。

圖1 皮帶機工藝布局圖

圖2 皮帶機驅(qū)動示意圖

11#-A～12#-B皮帶輸送機滾筒直徑D均為400mm,電機帶輪直徑D1均為150mm，滾筒皮帶輪直徑D2均為300mm，減速比λ為：13#皮帶輸送機滾筒直徑D為400mm，電機皮帶輪直徑D1為150mm,滾筒皮帶輪直徑D2為315mm,減速比為λ為：5.5kW電機參數(shù)：型號為YVF132M-6、額定功率為5.5kW、額定電流為10.5A、額定電壓為380V、額定轉(zhuǎn)速為970r/min。11kW電機參數(shù)：型號為YVF160M-6、額定功率為11kW、額定電流為19.4A、額定電壓為380V、額定轉(zhuǎn)速為970r/min。

2 皮帶輸送機工作情況分析

2.1 驅(qū)動滾筒（皮帶輪）及電動機皮帶輪（電動機）的轉(zhuǎn)速

皮帶線速度為V（單位為m/s）,驅(qū)動滾筒的直徑為D（單位為m）,則驅(qū)動滾筒（皮帶輪）的轉(zhuǎn)速n（單位為r/min）為：

(1)式中對于11-A～12-B皮帶輸送機，當V=0.6m/s,D=0.4m時，驅(qū)動滾筒(皮帶輪)的轉(zhuǎn)速為29r/min，減速比為2，則電機皮帶輪（電動機）的轉(zhuǎn)速為58r/min。對于13#皮帶輸送機，當V=0.6m/s,D=0.4m時，驅(qū)動滾筒（皮帶輪）的轉(zhuǎn)速為29r/min，減速比為2.1，則電機皮帶輪（電機）的轉(zhuǎn)速為61r/min。

2.2 電機的工作頻率

由于異步電動機額定轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速存在一定的轉(zhuǎn)差率，因此電動機在變頻調(diào)速運行過程中轉(zhuǎn)差率保持恒定不變，轉(zhuǎn)差率s為：即s=0.03,此時電動機的工作頻率為：

(2)式中，f為頻率Hz、n為轉(zhuǎn)速r/min、s為轉(zhuǎn)差率、2p為電動機極對數(shù)2p=3、可以得出11#-A～12#-B皮帶輸送機運行時的頻率為3Hz，13#皮帶輸送機運行時的頻率為3.2Hz。

3 變頻器控制參數(shù)設(shè)定及使用中出現(xiàn)的問題和應(yīng)對辦法

5.5 kW和15kW變頻器的控制參數(shù)相同，電動機的參數(shù)不同，以5.5kW變頻器為例，控制參數(shù)設(shè)定如表1。

在使用過程中，5條皮帶輸送機啟動時都出現(xiàn)過變頻器報OL3故障(過轉(zhuǎn)矩故障）并跳閘的情況。變頻器報OL3故障的可能原因有加速時間過短和對旋轉(zhuǎn)電機再啟動。然而延長加速時間仍然出現(xiàn)OL3的故障，說明不是加速太快的問題，也不存在對旋轉(zhuǎn)電機重啟的情況，由此可以判斷故障原因為電動機啟動力矩小于負載力矩。采取以下辦法進行調(diào)整：（1）調(diào)整機械負載：對所有滾筒重新加注潤滑脂保證潤滑充分；對所有托輥進行檢查，更換發(fā)卡變形的旋轉(zhuǎn)托輥；對皮帶進行校正防止跑偏；對皮帶松緊度進行調(diào)整，保持適中的松緊度。（2）調(diào)整變頻器控制參數(shù)：在保持表1參數(shù)基本不變的情況下，對P01-05、P01-15進行修改設(shè)置，增加了P01-13、P02-16、P04-18的設(shè)置，如表2所示。

表1 變頻器參數(shù)設(shè)定

表2 更改與新增設(shè)定參數(shù)

將原設(shè)定加速時間由10s改為16s，進行了延長，將原V/F模式選擇由線性關(guān)系改為平方關(guān)系。將轉(zhuǎn)矩補償由0增加到20%。將原停止方式由減速停止改為自由停止。需要重點說明的是電機參數(shù)自學習功能的設(shè)置，該功能有3個設(shè)置選項，0為無操作、1為全面參數(shù)自學習、2為靜止參數(shù)自學習。全面參數(shù)自學習能檢測電機定子和轉(zhuǎn)子的電感、電阻、漏感、空載電流。全面自學習需將電機和負載脫開，單獨空轉(zhuǎn)。靜止參數(shù)自學習可檢測電機定子和轉(zhuǎn)子的電感、電阻、漏感，但不能監(jiān)測電機的空載電流，只是變頻器上電，電動機不轉(zhuǎn)動，設(shè)置完畢，按下運行（RUN）鍵，變頻器便通電自學習，面板顯示屏上顯示“TUN-1”約15s左右，當顯示“END”時自學習結(jié)束，參數(shù)自動回設(shè)為0項。

調(diào)整機械負載和修改變頻器控制參數(shù)后，13#皮帶輸送機電機能夠正常啟動，并運行在3～7Hz,再未出現(xiàn)過OL3等故障。而11#-A～12#-B皮帶輸送機電機在啟動和運行在3～7Hz時，偶爾還會出現(xiàn)OL3的故障，說明還存在電機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩偏小的情況。

4 影響因素分析

4.1 輸出頻率對驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的影響

根據(jù)電動機工作原理可知，三相異步電機定子每相繞組電動勢的有效值：E1=4.44·f1·N1·Φm，式中E1為定子每相繞組由氣隙磁通感應(yīng)的電動勢的有效值（單位為：V）,f1為定子頻率（單位為：Hz），N1為定子每相繞組的有效匝數(shù)，Φm為每級磁通量，由式中可以得出，Φm的值由決定，E1=U1+Ir，U1為外電路電壓，r為電路內(nèi)阻，但是由于E1難以直接控制，所以在電動勢較高時，可以忽略定子繞組漏阻抗壓降，而用外電路電壓U1（電源線電壓）代替，變頻器在進行調(diào)速過程中，改變供電頻率使電動機作變速運行時 ,若電壓U1保持不變, 僅使頻率f1變化, 磁通量Φm 就會發(fā)生變化，磁通量Φm變大或者變小都會影響電動機的正常工作, 因此要保持磁通量Φm不變,在頻率下降時必須完全成比例的降低電壓，由于交流阻抗變小而直流電阻不變，則變頻器的輸出電壓為U1=U-U2，電機的輸出轉(zhuǎn)矩

由式（4）中可以得出電壓下降時電機的有功功率是下降的，代入式（3）中在轉(zhuǎn)速恒定的情況下，可得出電壓下降輸出轉(zhuǎn)矩也是下降的，綜合可得電機的輸入頻率下降時輸出轉(zhuǎn)矩也是下降的。

4.2 減速比對驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的影響

由式（8）可得出電機傳遞到滾筒上的轉(zhuǎn)矩與電機的輸出轉(zhuǎn)矩、減速比和三角皮帶的傳動效率成正比。

5 改進措施

在不改動電機的情況下，為增加電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，對5條皮帶機的皮帶輪直徑進行了統(tǒng)一改造，全部改為150mm，即皮帶輪的減速比為1，根據(jù)式（1）可計算出滾筒（皮帶輪）的轉(zhuǎn)速為29r/min，則電機皮帶輪（電機）的轉(zhuǎn)速為29r/min。再根據(jù)式（2）計算出電機的運行頻率為f≈1.3Hz，在這種情況下，要保持皮帶輸送機在0.6m/s甚至更低的運行速度，就必須加裝減速機來提高電機轉(zhuǎn)速，增大電機的輸入頻率和輸出轉(zhuǎn)矩。改進示意圖如圖3。

圖3

6 結(jié)語

通過某選礦廠變頻器調(diào)速在低速運轉(zhuǎn)皮帶輸送機上的使用，足以說明低頻率和低減速比都會導(dǎo)致皮帶輸送機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的減小。在采用變頻器對皮帶輸送機進行調(diào)速控制時，一定要先確定皮帶輸送機的線速度，然后再確定驅(qū)動電機和驅(qū)動滾筒的皮帶輪直徑。在實際應(yīng)用中，應(yīng)盡量增大減速比，提高變頻器工作頻率，確保變頻器的工作頻率不低于10Hz。若皮帶輸送機的輸送量大、負荷重，則最好選擇減速機減速來增大減速比。在變頻器運行參數(shù)設(shè)定時，應(yīng)將V/F模式選擇設(shè)定為平方關(guān)系，將轉(zhuǎn)矩補償在設(shè)置范圍內(nèi)根據(jù)負載情況適當提高，同時，設(shè)定一次電機參數(shù)自學習，使變頻器能夠準確掌握電動機的電路、磁路參數(shù)。另外，機械方面還要進行經(jīng)常性的保養(yǎng)、調(diào)整，確保潤滑充足，皮帶不跑偏、松緊適度。