對煤礦皮帶機(jī)變頻器節(jié)能的探討

【摘要】變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。皮帶運(yùn)輸機(jī)的高效性、可靠性、安全性的特性是目前我國煤炭生產(chǎn)采用的主要運(yùn)輸設(shè)備之一。隨著煤礦設(shè)備大型化和自動(dòng)化水平不斷提高，電費(fèi)占比不斷增加。節(jié)能降耗、降本提效，是國策。廣泛推廣應(yīng)用變頻節(jié)能新技術(shù)，具有重要意義。作者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，在本文中對變頻器在煤礦皮帶機(jī)拖動(dòng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，與其它拖動(dòng)裝置進(jìn)行對比分析，并主要對變頻器節(jié)能進(jìn)行了探討，以供同行交流。

【關(guān)鍵詞】煤礦；皮帶機(jī)；變頻器

1、概述

皮帶機(jī)是現(xiàn)代化煤礦高產(chǎn)高效的主要運(yùn)輸設(shè)備，由于煤礦井下使用的特殊性，目前對拖動(dòng)技術(shù)的要求越來越高：控制簡單，啟動(dòng)特性好，調(diào)速性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)距大；節(jié)能；工作平穩(wěn)可靠，維護(hù)量?。粌r(jià)格適中。要同時(shí)滿足這些條件，原有各種拖動(dòng)技術(shù)都很難做到，目前只有變頻技術(shù)的應(yīng)用和不斷完善、創(chuàng)新才能實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有無速度傳感器矢量控制（SVC）的防爆變頻器能夠滿足用戶要求，將是井下皮帶機(jī)拖動(dòng)的發(fā)展方向。

2、技術(shù)比較

2.1直接起動(dòng)：轉(zhuǎn)矩大，但力的傳導(dǎo)不均，尾部反應(yīng)慢，在皮帶底部有堆積現(xiàn)象，啟停性能差，對皮帶和機(jī)械造成很大沖擊。大型皮帶機(jī)基本不能使用。

2.2調(diào)速型液力偶合器起動(dòng)：皮帶機(jī)慢慢起動(dòng)，對皮帶機(jī)的啟停不會(huì)造成大的沖擊，早期廣泛應(yīng)用于煤礦大型皮帶機(jī)電力拖動(dòng)中，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，液力耦合器逐漸顯現(xiàn)了以下的局限性，存在不少問題。

2.2.1在起動(dòng)過程中會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，造成安全隱患。

2.2.2負(fù)載與電機(jī)的距離較遠(yuǎn)，效率很差。需提供較大的安裝空間，基礎(chǔ)復(fù)雜。

2.2.3由于液力耦合器的兩端出軸為兩個(gè)半軸，頸向跳動(dòng)大，在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)造成設(shè)備漏油，故障率較高。

2.2.4液力耦合器的原理決定了液力耦合器有8-10%的速度損失。同時(shí)功率損失變?yōu)闊崃?，使液壓油溫過高。需要大量的水冷卻。

2.2.5在實(shí)際運(yùn)行中油溫高于95℃以上，使冷卻器的水易結(jié)垢堵塞（煤礦供水大部分是硬水），造成故障。

2.2.6由于液力耦合器是用液壓油傳遞功率，因此速度控制不穩(wěn)定、功率因數(shù)低、調(diào)速精度差。

2.2.7當(dāng)液力耦合器故障時(shí)，設(shè)備只能停止運(yùn)行。嚴(yán)重影響生產(chǎn)，這是最大的浪費(fèi)。

2.2.8液力耦合器整機(jī)效率低，調(diào)速本身的損耗大、維護(hù)量大、二次成本過高，不符合節(jié)能節(jié)排政策，必將被其他的電磁控制功率型的高效節(jié)能調(diào)速裝置所代替。

2.3采用防爆軟起動(dòng)，皮帶機(jī)空載時(shí)起動(dòng)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)矩降低，減少?zèng)_擊，延長電機(jī)、皮帶、機(jī)械系統(tǒng)的使用壽命，但重載時(shí)會(huì)跳，對皮帶機(jī)沖擊較大。

2.4采用變頻拖動(dòng)技術(shù)。

2.4.1優(yōu)越的軟起動(dòng)和軟停車性能。通過電機(jī)的慢速啟動(dòng)，帶動(dòng)皮帶機(jī)緩慢啟動(dòng)，將皮帶內(nèi)部存儲(chǔ)的能量慢慢釋放，使皮帶機(jī)啟動(dòng)過程中形成的張力很小，對皮帶機(jī)幾乎不造成危害：停車時(shí)的減速度任意可調(diào)，這樣可將皮帶機(jī)停車時(shí)產(chǎn)生的沖擊減少至最小。這是其它驅(qū)動(dòng)設(shè)備難以達(dá)到的。

2.4.2降低膠帶張力。啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)的良好特性，至少可降低起動(dòng)張力30%，大大降低了對帶強(qiáng)的要求，在初期設(shè)計(jì)選擇皮帶強(qiáng)度時(shí)可降低一個(gè)標(biāo)號。

2.4.3平穩(wěn)的重載起動(dòng)。皮帶機(jī)在運(yùn)煤過程中任意一刻都可能立即停車再重新起動(dòng)，必須考慮“重載起動(dòng)”能力。由于變頻器采用無速度傳感器矢量控制方式，低頻運(yùn)轉(zhuǎn)最大可輸出1.5倍額定轉(zhuǎn)矩，因此最適于“重載起動(dòng)”。

2.4.4功率平衡。煤礦井下大型皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)多為雙滾筒驅(qū)動(dòng)或多滾筒驅(qū)動(dòng)，變頻器可以通過單獨(dú)的控制系統(tǒng)控制各電機(jī)的電流值，通過調(diào)整各電機(jī)的速度來使各電機(jī)電流值逐步趨于平衡。一般是采用一拖一控制，或主從控制，實(shí)現(xiàn)功率平衡，保證電機(jī)同步性能。

2.4.5降低設(shè)備的維護(hù)量。變頻器是一種電子器件的集成，它將機(jī)械設(shè)備的壽命轉(zhuǎn)化為電子的壽命，降低了設(shè)備的維護(hù)量。由于降低了起動(dòng)沖擊，機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)備損耗也隨之降低，大大減少機(jī)械部分的檢修量，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長。

2.4.6驗(yàn)帶功能。煤礦的生產(chǎn)運(yùn)輸系統(tǒng)多以皮帶機(jī)為主，運(yùn)輸系統(tǒng)檢修維護(hù)的主要工作是皮帶機(jī)的檢修維護(hù)，低速驗(yàn)帶功能是皮帶機(jī)檢修的主要要求，變頻調(diào)速系統(tǒng)為無極調(diào)速的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，在空載驗(yàn)帶狀態(tài)下，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作在5%-100%額定帶速范圍內(nèi)的任意帶速。

2.4.7節(jié)能。通常情況下，煤礦用電機(jī)設(shè)計(jì)容量大，大部分時(shí)間不能滿載運(yùn)行，當(dāng)輕載或者空載時(shí)，常常造成不必要的電能損失。采用變頻器后，可以根據(jù)負(fù)載輕重自動(dòng)調(diào)節(jié)皮帶速度；電機(jī)與減速器之間是直接硬聯(lián)接，減少了液力耦合器環(huán)節(jié)，傳遞效率得到了很大的提高。此外，由于煤礦通常離變電站距離較遠(yuǎn)，不同時(shí)段電壓波動(dòng)較大，利用變頻器的自動(dòng)穩(wěn)壓功能，更能體現(xiàn)節(jié)能的效果。

3、結(jié)束語

通過對變頻器發(fā)展現(xiàn)狀及煤礦皮帶機(jī)對變頻器的要求和選型的探討，采用變頻器將大大提高皮帶機(jī)的可靠性，降低機(jī)械系統(tǒng)損耗，減少運(yùn)輸系統(tǒng)的維護(hù)量，且節(jié)能明顯。推廣應(yīng)用對落實(shí)國家節(jié)能節(jié)排的政策具有重要意義。