煤礦膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)改造

張亞軍 任愛民

摘要：隨著煤礦生產(chǎn)的發(fā)展，長(zhǎng)距離，大運(yùn)量、大功率帶式輸送機(jī)在煤礦上的使用量也愈來愈多。合理選擇大型膠帶輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，能夠?qū)崿F(xiàn)可調(diào)的、平滑的而無沖擊的啟動(dòng)力矩，減小輸送機(jī)運(yùn)行過程中的動(dòng)張力，改善輸送機(jī)整體的受力狀況，保護(hù)電網(wǎng)免受沖擊，減少輸送機(jī)運(yùn)行過程中的功率損失，提高輸送機(jī)電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、安全性。實(shí)際應(yīng)用表明采用變頻控制系統(tǒng)對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制可以較好的實(shí)現(xiàn)力矩—速度控制功能，提高整機(jī)運(yùn)行過程中的安全穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：煤礦；膠帶輸送機(jī)；驅(qū)動(dòng)方式；變頻控制系統(tǒng)；技術(shù)改造

引言

膠帶輸送機(jī)是以輸送帶兼作牽引機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)的一種連續(xù)動(dòng)作式的運(yùn)輸設(shè)備，它在礦井地面和井下運(yùn)輸中得到了極其廣泛的應(yīng)用。帶式輸送機(jī)要求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠提供可調(diào)的、平滑的而無沖擊的啟動(dòng)力矩，以減小動(dòng)張力，從而改善輸送機(jī)及整機(jī)的受力狀況，并保護(hù)電網(wǎng)免受沖擊。在多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)情況下，要求各驅(qū)動(dòng)裝置之間能夠做到功率基本平衡，或者說具有合理分配驅(qū)動(dòng)功率的能力；對(duì)于長(zhǎng)距離膠帶輸送機(jī)還要求提供慢速運(yùn)行以滿足日常檢修維護(hù)；對(duì)于大功率、高耗能、長(zhǎng)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備還應(yīng)要求具有明顯的節(jié)能效果。變頻調(diào)速控制驅(qū)動(dòng)方式是一種值得嘗試推廣的新技術(shù)，通過實(shí)踐應(yīng)用具有較好的使用效果。

1.膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)工作原理介紹

1.1交流變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理

交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)是在近幾十年來迅猛發(fā)展起來的電力拖動(dòng)先進(jìn)技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，該技術(shù)是一種以改變交流電動(dòng)機(jī)的供電頻率達(dá)到交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的目的，是利用電力半導(dǎo)體元件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能裝置，其基本原理是通過整流橋?qū)⒐ゎl交流電壓變換為直流電壓，在通過逆變器轉(zhuǎn)換為頻率，可調(diào)的交流電壓作為交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，使電動(dòng)機(jī)獲得無極調(diào)速所需的電壓和電流，根據(jù)電機(jī)負(fù)載的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、平滑的增速、減速，是一種無附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式，可以大幅度提高工作效率，減少能源空耗。現(xiàn)在的交流變頻調(diào)速技術(shù)是微機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)的綜合應(yīng)用，是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)。

1.2皮帶機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)工作原理介紹：

皮帶機(jī)采用電控、變頻設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)速控制。該設(shè)備包含2變頻器，一套電控系統(tǒng)、一個(gè)操作臺(tái)及其它皮帶機(jī)綜合保護(hù)。

1.3電控變頻設(shè)備的工作原理：該設(shè)備采用集中控制的方式，把所有皮帶機(jī)保護(hù)（煤位、跑偏、煙霧。溫度、速度等）集中采集到PLC中按工藝要求對(duì)其實(shí)施精確控制；并在操作臺(tái)上反映當(dāng)前的設(shè)備狀態(tài)、控制方式及各種保護(hù)當(dāng)前狀態(tài)等。便于直觀觀察皮帶機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行狀況和對(duì)設(shè)備的檢修維護(hù)。

2.工業(yè)實(shí)踐試驗(yàn)效果

試驗(yàn)地點(diǎn)：陳家山煤礦420工作面運(yùn)順順槽膠帶輸送機(jī)。

該膠帶輸送機(jī)型號(hào)為SSJ120/180/2×200，輸送機(jī)功率為400KW（單機(jī)功率為200KW），鋪設(shè)長(zhǎng)度為1000m，巷道傾角為0—6°，使用上述膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，主要效果如下：

（1）控制電機(jī)的啟動(dòng)電流

變頻調(diào)速可以在零速零電壓?jiǎn)?dòng)（可以適當(dāng)增加轉(zhuǎn)矩提升)，一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照V/F 或矢量控制方式，帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行工作和變頻調(diào)速，能充分降低電機(jī)電流。

（2）降低電力線路電壓波動(dòng)

電壓下降將會(huì)導(dǎo)致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常，如PC 機(jī)、傳感器、接近開關(guān)和接觸器等均會(huì)動(dòng)作出錯(cuò)，而采用變頻調(diào)速后由于能在零頻零壓時(shí)逐步啟動(dòng)，則能最大程度上消除電壓下降。

（3）可控的加速功能

工頻啟動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)或相連的機(jī)械部分（軸或齒輪）都會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，這種振動(dòng)將進(jìn)一步加劇機(jī)械磨損，降低機(jī)械部件和電機(jī)的使用壽命，而變頻調(diào)速能在零速啟動(dòng)并能按照控制需要進(jìn)行光滑地加速，而且其加速曲線也可以選擇(直線加速S 形加速或者自動(dòng)加速)。

（4）可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限

變頻調(diào)速能夠設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩極限來保護(hù)機(jī)械不致?lián)p壞，特別是輸送機(jī)過載時(shí)能自動(dòng)停車，保護(hù)皮帶。在工頻狀態(tài)下只能通過檢測(cè)電機(jī)的工作電流值或過載保護(hù)來進(jìn)行控制而無法像變頻控制一樣設(shè)置精確的轉(zhuǎn)矩值來實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。

（5）提高了功率因素，節(jié)電效果明顯

工頻運(yùn)轉(zhuǎn)1140v時(shí)，cosφ=0.75以下。使用變頻后cosφ=0.95以上，有功功率提高。其次皮帶機(jī)電機(jī)根據(jù)煤量按35-50HZ變速運(yùn)轉(zhuǎn)，降低電能消耗，因此節(jié)電效果明顯。根據(jù)礦井電力負(fù)荷計(jì)算統(tǒng)計(jì)：該部輸送機(jī)平均日電耗使用變頻器前為2560 kwh，使用變頻器后為1966 kwh，可節(jié)電20%左右。

（6）可逆運(yùn)行控制

皮帶機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)是正向運(yùn)轉(zhuǎn)，但在檢修做卡頭時(shí)需要倒車，即逆向運(yùn)行。在變頻器控制中要實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行控制無須額外的可逆控制裝置，只需要改變輸出電壓的相序即可，即按一個(gè)按鈕，就能慢慢倒轉(zhuǎn)，檢修時(shí)方便快捷。而原來的系統(tǒng)檢修時(shí)要反向“倒車”很難控制皮帶機(jī)運(yùn)行速度檢修安全威脅大。

（7）減少機(jī)械傳動(dòng)部件

由于目前矢量控制變頻器加上同步電機(jī)就能實(shí)現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)矩輸出,從而節(jié)省齒輪箱等機(jī)械傳動(dòng)部件,最終構(gòu)成直接變頻傳動(dòng)系統(tǒng)，從而就能降低成本和提高穩(wěn)定性。

經(jīng)運(yùn)行情況表明該系統(tǒng)可長(zhǎng)期可靠地應(yīng)用于長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)等恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)?？稍谳p載、重載等各種工況下可靠、有效地控制帶式輸送機(jī)柔性負(fù)載的軟啟動(dòng)/軟停車整個(gè)動(dòng)態(tài)過程，并在全過程中實(shí)現(xiàn)各膠帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的功率平衡和速度同步，并提供可調(diào)驗(yàn)帶速度，由此降低快速起動(dòng)/快速停車過程對(duì)機(jī)械和電氣系統(tǒng)的沖擊，避免灑料與疊帶，有效抑制膠帶輸送機(jī)動(dòng)態(tài)張力波可能對(duì)膠帶和機(jī)械設(shè)備造成的危害，延長(zhǎng)輸送機(jī)使用壽命，增加輸送系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3.結(jié)語(yǔ)

煤礦企業(yè)大功率電機(jī)很多，利用高壓變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)煤炭企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，完全能實(shí)現(xiàn)改善工況點(diǎn)、提高效率、節(jié)省電能的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，高壓交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)已日趨完善，在煤礦企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代及在節(jié)能和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化方面都取得了明顯的效果。本文介紹了變頻調(diào)速技術(shù)在礦井膠帶輸送機(jī)上的成功運(yùn)用，從使用效果可以看到該技術(shù)值得借鑒推廣。

4.參考文獻(xiàn)

(1) 陳維健.齊秀麗.《礦山運(yùn)輸與提升設(shè)備》. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.2007

(2) 何超.《交流變頻調(diào)速技術(shù)》.北京.北京航空航天大學(xué)出版社.2006

(3) 吳忠智.吳加林.《中（高）壓大功率變頻器應(yīng)用手冊(cè)》.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2003

(4) 浣喜明.姚為正.《電力電子技術(shù)》.北京.高等教育出版社

5.作者簡(jiǎn)介

張亞軍（1963年—），男，機(jī)械工程師，現(xiàn)任銅川礦業(yè)公司陳家山煤礦機(jī)電副總工程師，從事煤礦機(jī)電技術(shù)管理工作。

任愛民（1982年~），機(jī)電工程師。2006年畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)任銅川礦業(yè)公司陳家山煤礦機(jī)電動(dòng)力科副科長(zhǎng)，從事煤礦機(jī)電技術(shù)管理工作。