變頻調(diào)速技術(shù)在礦用膠帶輸送機上的應(yīng)用

張 宇

(開灤集團有限公司唐山礦業(yè)分公司 機電科，河北 唐山063000)

在煤礦生產(chǎn)中，膠帶輸送機是的最主要的運輸工具，該系統(tǒng)的正常運行直接影響礦井正常生產(chǎn)和生產(chǎn)效率。因此主井膠帶輸送機的穩(wěn)定運行就顯得尤為重要。而煤礦安全規(guī)程規(guī)定，膠帶輸送機必須加設(shè)軟起動裝置，這使得變頻技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛。

1 變頻調(diào)速技術(shù)在膠帶輸送機上的特點

膠帶輸送機的皮帶是個彈性體，在起動時皮帶會積蓄大量能量，隨后，皮帶內(nèi)貯藏的能量將很快釋放出去，在皮帶上形成張力并逐漸達到最大值并引起皮帶斷裂。因此，膠帶輸送機起動、停止的過程是一個不穩(wěn)定的工況，為減小膠帶輸送機這一起動特性，系統(tǒng)應(yīng)加裝軟起動裝置，運用變頻器對膠帶輸送機進行驅(qū)動，通過電機的慢速起動，帶動膠帶輸送機緩慢起動，將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放。變頻器的引入可使系統(tǒng)平穩(wěn)起停，減小皮帶上張力值，還可匹配其具備的S型加速、減速時間這樣可將膠帶輸送機起停時產(chǎn)生的沖擊減至最小。

另外，應(yīng)用變頻技術(shù)后，因為變頻器的起停時間可在1S～3600S任意可調(diào)，而膠帶輸送機起停時間可根據(jù)現(xiàn)場情況具體設(shè)定，可延長膠帶輸送機的起動時間，從而大大降低膠帶輸送機起停時的不穩(wěn)定，大大降低膠帶機皮帶表面張力，大大減少機械系統(tǒng)設(shè)備的損耗，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長。

功率平衡

煤礦井下膠帶輸送機系統(tǒng)大多為雙滾筒驅(qū)動或多滾筒驅(qū)動，系統(tǒng)為每個滾筒配備一臺電機。根據(jù)設(shè)計要求，應(yīng)保證系統(tǒng)內(nèi)部各滾筒能夠同步起停，同時為了保證系統(tǒng)的運輸能力，應(yīng)盡量保證各滾筒之間的功率平衡。因此，應(yīng)用變頻器對皮帶機進行驅(qū)動，通過調(diào)節(jié)變頻器輸出的驅(qū)動電機的電流差值的大小來調(diào)整每臺電機的轉(zhuǎn)速差值，各電機電流值逐步趨于平衡。這便形成了一個動態(tài)的功率平衡系統(tǒng)。

平穩(wěn)的重載起動

煤礦膠帶輸送機系統(tǒng)必須必須考慮“重載起動”以保證在輸煤過程中任意一刻可以隨時立即停車和重新起動。采用無速度傳感器矢量控制方式低頻運轉(zhuǎn)可輸出1.5～2倍額定轉(zhuǎn)矩?！爸剌d起動”重載起動特性見下圖：

驗帶功能

低速驗帶功能是膠帶輸送機檢修的主要要求，變頻調(diào)整系統(tǒng)為無極調(diào)速的交流傳動系統(tǒng)，在空載驗帶狀態(tài)下，變頻器可調(diào)整電機工作在 5%～100%額定帶速范圍內(nèi)的任意帶速。

降低皮帶帶強

采用變頻器驅(qū)動之后，由于變頻器的起動時間可在1S～3600S可調(diào)，通常膠帶輸送機起動時間在60S～200S內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場設(shè)定，膠帶輸送機的起動時間延長，大大降低對皮帶帶強的要求，降低設(shè)備初期投資在實際應(yīng)用過程中，由于降低了起動沖擊，膠帶輸送機機械系統(tǒng)的設(shè)備損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長。

自動調(diào)速

節(jié)電效果明顯變頻器配合煤流傳感器可以根據(jù)負(fù)載輕重自動調(diào)節(jié)皮帶速度，節(jié)電的同時還減少了皮帶的磨損。

節(jié)能引入變頻機驅(qū)動后還能降低膠帶輸送機的能耗。

通常機械系統(tǒng)設(shè)計中電機的設(shè)計功率要比電機的實際滿載功率要大，預(yù)留的裕量較大。而電機只有在接近滿足時其功率因數(shù)才最佳，實際應(yīng)用中功率因數(shù)很低。采用變頻技術(shù)驅(qū)動電機后，可大大改善上述情況，使功率因數(shù)達到0.9以上。

傳統(tǒng)膠帶輸送機系統(tǒng)采用液力耦合器來實現(xiàn)傳動，其本身的傳遞效率不高。采用變頻技術(shù)驅(qū)動后，去掉了液力耦合器的環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的傳遞效率比傳統(tǒng)可提高5%～10%。

另外，應(yīng)用變頻器的自動穩(wěn)壓功能，可減少由于礦井離變電站距離較遠，不同時段電壓波動較大給系統(tǒng)帶來的影響，也有部份節(jié)能作用在匹配煤流傳感器后，還可自動依據(jù)煤流大小自動調(diào)速。

2 變頻器選型

（1）煤礦井下開采作業(yè)的環(huán)境特點是：作業(yè)空間狹小、潮濕空氣中含有瓦斯粉塵等易燃易爆炸成分；按照煤礦安全規(guī)程的要求，在煤礦井下采掘工作面使用的電氣設(shè)備和控制設(shè)備，必須是隔爆型或本質(zhì)安全型設(shè)備。

（2）充分考慮電氣爬電功率器件散熱安全控制等技術(shù)問題。如果采用水冷，還需要考慮變頻器對水質(zhì)的要求，避免因水質(zhì)問題影響變頻器的散熱

（3）防護等級的選擇 從變頻器的防護等級來看，有IP00的，IP20的，也有IP54的等等，要根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境情況作出相應(yīng)的選擇 礦用變頻器由于使用環(huán)境限制一般需采用IP54以上高防護等級的變頻器IP。

（4）變頻器的容量選擇 在異步電動機確定后，通常應(yīng)根據(jù)異步電動機的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動機實際運行中的電流值(最大值)來選擇變頻器。

根據(jù)經(jīng)驗公式可知變頻器的額定電流應(yīng)滿足：

I變≥（1.05-1.1）IN或 I變≥（1.05-1.1）IMAX

I變——變頻器的額定電流

IN——驅(qū)動電機的額定電流

IMAX——驅(qū)動電機實際運行的最大電流

按容量選擇時，則變頻器容量應(yīng)滿足

P變≥1.732KINUN10-3（kVA）

UN——驅(qū)動電機的額定電壓

K——安全系數(shù)，通常?。?.05-1.1）

對變頻器額定電流的選擇必須兼顧變頻器的容量和變頻器的額定電流，否則會造成變頻器過載燒毀。由于膠帶運輸機經(jīng)常處于頻繁啟動制動工作負(fù)載慣性很大，啟動時可能會振蕩，電動機減速時有能量回饋，而且重載啟動且較頻繁，為利于變頻器長期安全地運行，應(yīng)該用容量稍大的變頻器來加快啟動，避免振蕩并配合制動單元消除回饋電能。

I變≥1.3IN

P變≥1.732KINUN10-3（kVA）

K——安全系數(shù)取1.5

在變頻器的選型時還應(yīng)注意，相同設(shè)備配用的變頻器的規(guī)格應(yīng)盡可能統(tǒng)一，便于備品備件的準(zhǔn)備，便于維修管理 選用時還要考慮生產(chǎn)廠家售后服務(wù)質(zhì)量情況。

3 結(jié)束語

實際應(yīng)用表明，變頻調(diào)速技術(shù)的引入以其特有的軟啟動特性不僅減小了皮帶的張力，使膠帶輸送機以較平穩(wěn)的工況起動、停止，而且增加了系統(tǒng)的可靠性，減少了膠帶傳輸系統(tǒng)的維護和磨損。變頻調(diào)速技術(shù)是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。

［1］方大千.變頻器、軟起動器及PLC實用技術(shù)問答[M].北京：人民郵電出版社，2007.

［2］劉美俊.通用變頻器應(yīng)用技術(shù)[M].福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2005.