軟啟動(dòng)在龍?zhí)睹旱V帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用

摘要：帶式輸送機(jī)運(yùn)量大、效率高、維護(hù)量小和便于自動(dòng)控制等優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到煤礦青睞，已成為現(xiàn)代化礦井井下運(yùn)輸系統(tǒng)的重要標(biāo)志之一。文章以福建煤電股份有限公司龍?zhí)睹旱V帶式輸送機(jī)為背景，對(duì)帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探索。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)；軟啟動(dòng)；變頻器

中圖分類號(hào)：TH222 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）10-0087-02

福建煤電股份有限公司龍?zhí)睹旱V是福建能源集團(tuán)公司的一對(duì)主要骨干礦井，該礦計(jì)劃投入一條主斜井帶式輸送機(jī)，該輸送機(jī)設(shè)計(jì)從斜井巷道中將原煤從+50水平向上斜16度提升至+416水平，全長(zhǎng)1500米，其中+416處有一變坡點(diǎn)，該帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)使用兩臺(tái)200kw電機(jī)雙驅(qū)動(dòng)。200kw電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊較大，由于大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量機(jī)械設(shè)備以及負(fù)載啟動(dòng)設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流，此時(shí)電動(dòng)機(jī)中通過(guò)的電流往往相當(dāng)于額定電流的4-7倍，很可能引發(fā)設(shè)備故障和安全事故。輸送帶是彈性儲(chǔ)能材料，在輸送機(jī)停止和運(yùn)行時(shí)都儲(chǔ)存有大量勢(shì)能，這種勢(shì)能的存在危害極大，它將會(huì)增加設(shè)備的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、剛度要求，增加設(shè)備不必要的投入，造成很大的附加成本；減少皮帶和其它配件的使用壽命；從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，還將增加設(shè)備維修頻次，減少皮帶有效運(yùn)行時(shí)間。運(yùn)用變頻器的軟啟動(dòng)功能，將電機(jī)的軟啟動(dòng)和皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)合二為一，通過(guò)電機(jī)的慢速啟動(dòng)，帶動(dòng)輸送機(jī)緩慢運(yùn)行，將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，使輸送機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中形成的張力波極小，幾乎對(duì)皮帶不造成損害。

1 方案的選擇確定

1.1 方案設(shè)計(jì)要求

以龍?zhí)睹旱V的實(shí)際情況，綜合各方面的因素和要求，方案需考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）啟動(dòng)電流不能過(guò)大，對(duì)電網(wǎng)無(wú)大的沖擊；（2）因?yàn)榫o急停車，輸送機(jī)能夠滿載啟動(dòng)；（3）啟動(dòng)后，雙電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)滾筒能夠?qū)崿F(xiàn)同步；（4）帶速可調(diào)整；（5）初期投資和后期維護(hù)綜合考慮，費(fèi)用最少，性價(jià)比最高。

1.2 方案選擇

根據(jù)方案設(shè)計(jì)要求，對(duì)液體粘性軟啟動(dòng)、液力偶合器軟啟動(dòng)、變頻器軟啟動(dòng)等方案原理、優(yōu)缺點(diǎn)的比較分析。

液體粘性軟啟動(dòng)基于牛頓內(nèi)摩擦定律，以液體粘性和油膜剪切力來(lái)傳遞動(dòng)力。其優(yōu)勢(shì)在于縮短電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊時(shí)間；啟動(dòng)時(shí)的初張力與正常運(yùn)行時(shí)的初張力幾乎相等，較液力偶合器至少可降低一級(jí)帶強(qiáng)，減少設(shè)備初次投資；沒(méi)有啟動(dòng)沖擊，延長(zhǎng)了輸送機(jī)減速器、傳動(dòng)滾筒、機(jī)架等主要部件的使用壽命，減少了維護(hù)費(fèi)用。缺點(diǎn)是在皮帶機(jī)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，油液紊流容易發(fā)熱；內(nèi)部壓力偏大，容易泄露。

液力偶合器軟啟動(dòng)基于歐拉方程，以液體動(dòng)量矩的變化來(lái)傳遞動(dòng)力。其優(yōu)勢(shì)在于能使電機(jī)空載啟動(dòng)，減少啟動(dòng)時(shí)間，降低起動(dòng)過(guò)程中的平均電流；多機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)能均衡負(fù)荷，減少啟動(dòng)電流的峰值和對(duì)電網(wǎng)的沖擊電流，降低電網(wǎng)容量；能吸收和隔離扭振及沖擊，延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命；能實(shí)行無(wú)級(jí)調(diào)速，有一定的節(jié)電效果，可減少電氣設(shè)備，降低運(yùn)行費(fèi)用。缺點(diǎn)：一是采用液力偶合器時(shí)，電機(jī)必須先空載起動(dòng)，最初的電流很大，為電機(jī)額定電流的4～7倍，還將引起電網(wǎng)電壓下降；二是啟動(dòng)時(shí)影響到電網(wǎng)內(nèi)其它設(shè)備的正常運(yùn)行；三是液力偶合器長(zhǎng)時(shí)工作時(shí)，引起液體溫度升高，熔化合金塞，引起漏液；四是皮帶機(jī)的加載時(shí)間較短，容易引起皮帶張力變化，對(duì)皮帶帶強(qiáng)要求較高。

變頻器軟啟動(dòng)裝置是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。其優(yōu)勢(shì)：一是實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡，采用一拖一控制，當(dāng)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，采用主從控制；二是實(shí)現(xiàn)功率平衡；三是將電機(jī)的軟起動(dòng)和皮帶機(jī)的軟起動(dòng)合二為一；四是因?yàn)樽冾l器是一種電子器件的集成，大大降低設(shè)備維護(hù)量；五是比液力偶合器驅(qū)動(dòng)的效率要高5%～10%。缺點(diǎn)是變頻器軟啟動(dòng)初期投資費(fèi)用比前二種略高些。

2 帶式運(yùn)輸機(jī)軟啟動(dòng)的應(yīng)用

2.1 設(shè)定原始參數(shù)

輸送機(jī)設(shè)計(jì)輸送能力121t/h，B=800，帶速V=2m/s，傾斜角為16°，傳動(dòng)滾筒2個(gè)，考慮單電機(jī)驅(qū)動(dòng)能夠運(yùn)行，設(shè)計(jì)使用兩臺(tái)200kw電機(jī)雙驅(qū)動(dòng)，輸送帶采用ST-2000。變頻器使用環(huán)境良好，周圍介質(zhì)溫度不高于+40℃，不低于0℃；空氣相對(duì)濕度不超過(guò)95%；無(wú)爆炸危險(xiǎn)，且不足以腐蝕金屬、無(wú)破壞絕緣的氣體與塵埃；電壓幅值波動(dòng)不超過(guò)±10%。

2.2 變頻器主從控制設(shè)計(jì)

變頻器的主從控制設(shè)計(jì)如圖2所示，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)滾筒的同步運(yùn)行。完全獨(dú)立的兩臺(tái)變頻器通過(guò)主、從機(jī)的同步通訊方式保證雙電機(jī)的轉(zhuǎn)速、以及功率平衡的：兩臺(tái)電機(jī)中任意一臺(tái)都可作為主機(jī)，另一臺(tái)為從機(jī)。變頻器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行獨(dú)立控制，采用光纖對(duì)主從變頻器通訊，變頻器主從之間可以自動(dòng)來(lái)調(diào)整變頻器輸出轉(zhuǎn)速及功率一致；變頻器自帶電機(jī)的保護(hù)：缺相保護(hù)、相序保護(hù)、啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)、運(yùn)行過(guò)載保護(hù)及電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間不能啟動(dòng)保護(hù)等有效保護(hù)電機(jī)的正常運(yùn)行；軟啟動(dòng)器面板上設(shè)有可調(diào)控制參數(shù)：軟啟動(dòng)時(shí)間、啟動(dòng)初始電壓、啟動(dòng)電流限制、軟停時(shí)間、軟停級(jí)落電壓（泵停止功能）、脈動(dòng)突跳啟動(dòng)（針對(duì)突變負(fù)載）功能，實(shí)際運(yùn)行可根據(jù)工程中設(shè)備電機(jī)具體情況結(jié)合軟啟動(dòng)器說(shuō)明設(shè)定或選用。

2.3 變頻器的選擇

變頻器的選擇需考慮電機(jī)電流和容量的不同情況考慮以下幾方面因素：

（1）在連續(xù)運(yùn)行的場(chǎng)合應(yīng)按變頻器的額定輸出電流≥（0.5～1.1）電動(dòng)機(jī)的額定電流，即：I變額≥（0.5～1.1）I電額。

（2）加減速時(shí)變頻器容量的選定：一般情況下對(duì)于短時(shí)間的加減速而言變頻器允許達(dá)到額定輸出電流130%～150%。

（3）大慣性負(fù)載起動(dòng)時(shí)變頻器容量的計(jì)算：通過(guò)變頻器過(guò)載容量通常多為125%、60S或150%、60S。

（4）頻繁加減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)變頻器容量的選定：根據(jù)加速、恒速、減速等各種運(yùn)行狀態(tài)下的電流值，考慮安全系數(shù)，綜合評(píng)定。

根據(jù)以上對(duì)電流，容量的綜合考慮，變頻器選擇250kW/660V變頻器。為實(shí)現(xiàn)變頻器自動(dòng)主從控制，控制部分選用三菱公司的FX2N系列可編程控制器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的智能化。調(diào)速系統(tǒng)采用變頻調(diào)速裝置作為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的核心，具有壓頻控制、矢量控制等多種控制方式，可以設(shè)定多種啟停運(yùn)行曲線，滿足各種輸送機(jī)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著電氣自動(dòng)控制化程度的提升，煤礦使用帶式輸送機(jī)將向長(zhǎng)運(yùn)距，大輸送量，快帶速，智能化等方面發(fā)展，帶式輸送機(jī)已成為煤礦高效開(kāi)采的關(guān)鍵設(shè)備。軟啟動(dòng)也將隨著發(fā)展得到更多的應(yīng)用，如果選型不合理，也會(huì)造成巨大的損失。

參考文獻(xiàn)

[1] 張世全.軟啟動(dòng)的原理及應(yīng)用.機(jī)電技術(shù)2004，（2）.

[2] 聶闖.軟啟動(dòng)技術(shù)原理及應(yīng)用.紅水河2007，（2）.

作者簡(jiǎn)介：黃文慶（1966—），男，福建煤電股份有限公司機(jī)電管理部經(jīng)理，機(jī)電工程師，研究方向：礦山機(jī)電。endprint