變頻驅(qū)動技術(shù)在煤礦帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用

仝志宏

山西焦煤屯蘭礦， 山西 太原

山西焦煤屯蘭礦井下南二強(qiáng)力膠帶，全長1800米，運量1500噸∕小時，采用傳統(tǒng)的400KW電機(jī)+油葫蘆+減速器進(jìn)行拖動，整部膠帶由三臺400KW異步電動機(jī)，通過油葫蘆與減速器連接，再通過減速器輸出軸來帶動三個主動滾筒，靠主動滾筒與皮帶間的摩擦力來保證膠帶的正常運轉(zhuǎn)。由于重載啟動頻繁，整機(jī)受到的沖擊力較大，膠帶各部件磨損損壞嚴(yán)重，特別是高壓電機(jī)經(jīng)常燒毀，不僅維護(hù)使用資金投入很大，而且影響了礦井的安全可靠運行。經(jīng)技術(shù)論證，屯蘭礦決定改進(jìn)帶式輸送機(jī)控制方式，選用唐山開誠電器有限公司生產(chǎn)的ZJT-630/1140型變頻器，成功地解決了頻繁啟停的井下帶式輸送機(jī)的啟動問題。該項技術(shù)的應(yīng)用。起到了節(jié)能增效，消除電氣及機(jī)械沖擊，延長設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備維護(hù)量，特別是提高了重載啟動時的起動轉(zhuǎn)矩，具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)社會效益。

1 改進(jìn)前南二強(qiáng)力膠帶運行狀況

該膠帶在屯蘭礦投產(chǎn)時就已經(jīng)安裝使用，剛開始由于膠帶運輸距離短（800米），產(chǎn)量也相對較少，直接啟動的弊端不明顯，后來隨著礦井產(chǎn)量提升，運輸任務(wù)增大，運輸距離加大，膠帶及其它機(jī)械電氣部件損壞明顯加大，主要表現(xiàn)在這幾個方面：①驅(qū)動滾筒及導(dǎo)向滾筒軸承磨損加劇，包膠層脫落嚴(yán)重；②托輥損壞量加大；③皮帶架經(jīng)常拉壞；④耦合器故障率加大；⑤減速器發(fā)熱、軸承及傳動軸損壞加??；⑥高壓電動機(jī)壽命縮短經(jīng)常燒毀。更為嚴(yán)重的是重載啟動時膠帶打滑發(fā)熱冒煙、甚至可能出現(xiàn)斷帶釀成嚴(yán)重事故，制約生產(chǎn)的因素明顯增多，膠帶電控改造勢在必行。

2 現(xiàn)場條件及變頻設(shè)備選型

2.1 現(xiàn)場條件

1)拖動形式：南二強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)機(jī)頭三個驅(qū)動電機(jī)

2)電機(jī)功率：3×500kW

3)電壓：電機(jī)供電電壓從6千伏降至1140伏

4)運輸長度：1800米

5)皮帶寬度：1.2米

6)傾 角：上運平均90

7)運 量：1500T/h

8)蛇簧聯(lián)軸器代替原有耦合器

2.2 變頻器技術(shù)參數(shù)和要求

1)額定電壓：AC1140V，50Hz

2)電壓允許波動范圍: -15% ～ +10%

3)輸出頻率: 0～50Hz

4)額定功率:630kW

5)過載能力為 1.5倍額定電流一分鐘。

6)電機(jī)起停機(jī)時間0～500S連續(xù)可調(diào)。

7)采用無速度傳感器的矢量控制方式。

8)具有過/欠壓、過電流、過載、過熱、缺相等保護(hù)，設(shè)有故障記憶功能，能保留最近10次故障的功能號碼和最后一次故障的參數(shù)。

9)低頻運轉(zhuǎn)時，有自動轉(zhuǎn)矩提升功能，能保證100%的額定轉(zhuǎn)矩。

10)變頻器具有良好的互換性，任何1臺有故障不影響其他設(shè)備的正常運行。

11).具有自動功率平衡功能，具有工頻應(yīng)急系統(tǒng)（即故障時必須有旁路應(yīng)急運行）。

經(jīng)過相關(guān)部門的選型論證確定選用唐山開誠電器有限公司生產(chǎn)的ZJT-630/1140型變頻器。

3 膠帶變頻驅(qū)動技術(shù)的優(yōu)勢

3.1 屯蘭礦傳統(tǒng)電機(jī)+油葫蘆+減速器聯(lián)合拖動的弊端

1）啟動時電機(jī)必須全頻、全壓啟動，這種啟動方式啟動電流大，啟動力矩小，機(jī)械振動大，使膠帶各部件受沖擊力大而加劇損壞。

2）大功率電機(jī)直接啟動，啟動電流太大，電網(wǎng)壓降大，對電網(wǎng)影響較大，另為帶式輸送機(jī)運行時，消耗的額外功率太大，不利于節(jié)省電能。

3）油葫蘆存在機(jī)械磨損和內(nèi)部葉輪容易損壞、接合面漏油現(xiàn)象，有時兩三個月就需要更換，更換時必須停產(chǎn)，煤礦效益影響較大。

4）油葫蘆不能解決機(jī)械運轉(zhuǎn)同軸度與三臺電機(jī)的功率平衡關(guān)系，縮短電機(jī)、減速器等機(jī)械件的壽命。

3.2 屯蘭礦主井膠帶CST傳動的弊端

1）價格貴，初期投資大，備品備件成本較高。

2）必須采用專用油，且油價昂貴，維護(hù)難度及成本相對較高；且更換油時需停車，影響生產(chǎn)。

3）通過調(diào)節(jié)油膜間距，實現(xiàn)軟啟動，不能實現(xiàn)過程控制。其高位調(diào)節(jié)片不能長時間離開高位置，發(fā)熱較嚴(yán)重

4）CST基本沒有節(jié)能功效，達(dá)不到節(jié)能效果。

5）由于機(jī)械原因，使用時間長，間隙增大，便發(fā)生漏油現(xiàn)象，污染使用環(huán)境。

6）CST靠機(jī)械連接在電機(jī)和皮帶之間，穩(wěn)定性較差，一旦CST故障，整個系統(tǒng)都要停止，沒有辦法跨過CST運行，故障率較高。

3.3 屯蘭礦南二強(qiáng)力膠帶變頻驅(qū)動技術(shù)的優(yōu)勢

1）真正實現(xiàn)了膠帶輸送機(jī)運行的軟啟動。應(yīng)用變頻器的變頻功能，改善了膠帶的啟動過程，驅(qū)動電機(jī)在變頻器的控制下，從零速起步緩慢啟動，相應(yīng)的膠帶機(jī)也緩慢運轉(zhuǎn)，使膠帶機(jī)在啟動運行過程中產(chǎn)生的沖擊波極小，有效地保護(hù)了皮帶不受損害。

2）應(yīng)用變頻器對皮帶機(jī)進(jìn)行驅(qū)動時，一般采用一拖一控制，當(dāng)多電機(jī)驅(qū)動時，通過通訊方式，實現(xiàn)主從聯(lián)動，達(dá)到多臺電機(jī)的功率平衡。

3）降低了膠帶機(jī)的日常檢修維護(hù)量。變頻器是電控設(shè)施，它不同于機(jī)械元件，壽命長且易維護(hù)，有效降低整個膠帶運輸系統(tǒng)的維護(hù)量。特別是利用了變頻器的變頻啟動功能，啟動過程中對電機(jī)、減速器、機(jī)架、皮帶等部件沖擊力極小，這樣整部膠帶機(jī)機(jī)械件的壽命大大延長，膠帶的日常維檢量也小得多。

4）通過電流與速度閉環(huán)，實現(xiàn)系統(tǒng)雙閉環(huán)控制；啟動平穩(wěn)，啟動轉(zhuǎn)矩大，不存在沖擊電流的影響。

5）在膠帶機(jī)上采用變頻技術(shù)后的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)效率兩個方面。采用變頻器驅(qū)動后，在整個過程中功率因數(shù)達(dá)0.95以上，大大節(jié)省了無功功率，系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力耦合器驅(qū)動的效率要高5%～10%。

6）基本無故障，實現(xiàn)免維護(hù)。

7）設(shè)備主要為模塊化的電子元器件，備品備件充足，更換方便。

8）完善的保護(hù)功能 ,具有電機(jī)過載、電機(jī)過流、電機(jī)缺相、電機(jī)堵轉(zhuǎn)、過壓、欠壓、短路、溫度等保護(hù)功能。

4 變頻驅(qū)動裝置的日常維護(hù)保養(yǎng)

4.1 除日常檢查外尚需定期（最多6個月）檢查緊固件是否松動、是否有過熱痕跡、是否有放電現(xiàn)象、灰塵是否太多、風(fēng)道是否堵塞、電解電容表面有無異常、導(dǎo)線導(dǎo)電排有否松動及線柱螺栓或螺釘有否松動。

4.2 在檢查時，不可無故拆卸或搖動器件，更不能隨意拔掉接插件，否則將不能正常運行或進(jìn)入故障顯示狀態(tài)及導(dǎo)致元器件的故障甚至主開關(guān)器件IGBT模塊損壞。

4.3 為保證變頻器可靠運行，除定期保養(yǎng)、維護(hù)外，應(yīng)對機(jī)內(nèi)長期承受機(jī)械磨損的器件——所有冷卻用的風(fēng)扇和用于能量緩存與交換的主回路濾波電容器以及印刷電路板等進(jìn)行定期更換。一般連續(xù)使用時，風(fēng)扇2～3年，濾波電容器5～6年，印刷電路板6～8年應(yīng)該進(jìn)行更換。

5 結(jié)束語

實踐證明，采用變頻驅(qū)動技術(shù)控制膠帶輸送機(jī)具有可靠性高、節(jié)能高效，消除電氣及機(jī)械沖擊，延長設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備維護(hù)量，具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)社會效益，非常值得推廣使用。

[1]王兆義等編著. 變頻器應(yīng)用 [專著]:專業(yè)技能入門與精通 .機(jī)械工業(yè)出版社,2010

[2]羅克韋爾自動化動力系統(tǒng)（上海）有限公司.CST用戶手冊