變頻技術(shù)在大功率刮板輸送機(jī)上的使用

查伏強(qiáng)

摘 要：梅花井煤礦引進(jìn)的寧夏天地奔牛SZK3000型煤礦成套智能控制刮板輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)，采用了變頻調(diào)速技術(shù)，整套刮板輸送機(jī)設(shè)備經(jīng)過采煤工作面現(xiàn)場調(diào)試及使用。變頻調(diào)速技術(shù)基本能解決傳統(tǒng)雙速電機(jī)在使用過程中的一些問題，大大降低了工作面刮板輸送機(jī)的故障率，提高了綜采工作面運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性和生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：變頻 大功率 刮板輸送機(jī) 節(jié)能降耗

中圖分類號：TD323 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（a）-0022-02

在國際上，現(xiàn)代化煤炭開采技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用以太網(wǎng)控制綜采工作面采煤設(shè)備、支護(hù)設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備等一體化的自動化綜采工作面。經(jīng)過近幾年煤炭行業(yè)的快速發(fā)展，國家采煤工作面設(shè)備裝機(jī)功率逐步增加，采煤技術(shù)日新月異，綜合機(jī)械化采煤技術(shù)已達(dá)到發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平，在相當(dāng)數(shù)量的綜采工作面刮板輸送機(jī)采用變頻技術(shù)，并且達(dá)到了一定的效果。

1 設(shè)備使用情況簡介

伴隨著現(xiàn)代化綜采工作面采煤新技術(shù)的應(yīng)用，工作運(yùn)輸設(shè)備裝機(jī)功率逐代增加，工作刮板輸送機(jī)傳動裝置由較為先進(jìn)的進(jìn)口CST或TTT等可控液力耦合器取代了原有的傳動系統(tǒng)。因?yàn)樵幸簤郝?lián)軸節(jié)傳動方式在現(xiàn)場使用過程中很難實(shí)現(xiàn)較大功率運(yùn)輸設(shè)備的使用，并且雙速電機(jī)驅(qū)動方式容易造成機(jī)械沖擊和電氣沖擊，易發(fā)生啟動困難、跳鏈等安全事故。而采用CST和TTT類型的驅(qū)動方式配件費(fèi)用高，進(jìn)貨周期長，嚴(yán)重制約綜采工作面產(chǎn)能的釋放。

梅花井煤礦1110204綜采工作面走向長度為5千米左右，如果刮板機(jī)維護(hù)不到位，造成刮板機(jī)鏈條拉伸，在生產(chǎn)過程中鏈條很容易過負(fù)荷拉斷，影響安全生產(chǎn)，在選擇使用了成套智能控制系統(tǒng)，經(jīng)過采用變頻技術(shù)在綜采工作面大功率裝機(jī)輸送設(shè)備上的使用，很大程度上減少了工作面刮板輸送機(jī)運(yùn)行中的故障，提高了工作面生產(chǎn)設(shè)備的有效開機(jī)率，確保了安全生產(chǎn)。

傳統(tǒng)的雙速電機(jī)在正常啟動時(shí)候，對鏈條強(qiáng)烈沖擊，大功率刮板輸送機(jī)在生產(chǎn)過程中負(fù)載量大，運(yùn)輸距離長，啟動頻繁且多為帶載啟動。受地質(zhì)條件約束，工作面運(yùn)輸設(shè)備現(xiàn)場條件差，有時(shí)出現(xiàn)刮板輸送機(jī)隨時(shí)停機(jī)的現(xiàn)象，在再次啟動時(shí)造成刮板輸送機(jī)鏈條受重載，工作面刮板輸送機(jī)在重載下啟動困難，容易造成啟動不起來的現(xiàn)象?，F(xiàn)場只能采用多次低速運(yùn)行的方法啟動設(shè)備，容易造成燒毀電動機(jī)、斷鏈、斷齒等現(xiàn)象。更為嚴(yán)重的是，長達(dá)220～250米的刮板輸送機(jī)在重載時(shí)啟動不了，又不得不人工卸載，極易造成停產(chǎn)或安全事故。采用多機(jī)驅(qū)動方式，啟動困難，對刮板輸送機(jī)沖擊大，尤其在高低速轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)速度階躍變化，有動力沖擊現(xiàn)象。載荷的變化導(dǎo)致多機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中各電機(jī)負(fù)載分配失衡、負(fù)載震蕩，從而造成刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)動系統(tǒng)和鏈條組件中應(yīng)力過大，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電機(jī)。

在綜采工作面，刮板輸送機(jī)輸送能力是決定綜采工作面產(chǎn)能的重要設(shè)備之一，為了提高綜采工作面運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸能力，就必須提高刮板輸送機(jī)裝機(jī)功率。在生產(chǎn)過程中，刮板輸送機(jī)故障是造成工作面停產(chǎn)的重要因素。采用變頻技術(shù)可以大大緩解甚至于解決了傳統(tǒng)雙速電機(jī)的在現(xiàn)場使用中的很多問題。變頻技術(shù)可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩啟動設(shè)備、且起動及停車平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能夠滿足交流電動機(jī)任意負(fù)荷狀況下的啟停車，從根本上解決了這一問題，同時(shí)增加了設(shè)備的使用壽命。使用一根電纜，各變頻器之間自動調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)多態(tài)電機(jī)功率平衡。

2 變頻器技術(shù)的工作原理

交流異步電動機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素是希望保持電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩不變。若要保持電磁轉(zhuǎn)矩不變，只有保持主磁通量？m為額定值不變。異步電動機(jī)的變頻調(diào)速必須通過變頻裝置獲得電壓、頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源，實(shí)現(xiàn)所謂的VVVF調(diào)速控制。

當(dāng)前最廣泛使用的交— 直—交變頻器，其基本結(jié)構(gòu)由主電路和控制電路組成.

（1）整流器：整流器又稱電網(wǎng)側(cè)變流器。（2）逆變器：逆變器又稱負(fù)載側(cè)變流器。（3）中間直流環(huán)節(jié)：中間直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間有無功功率的交換，這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件（電容或電感）來緩沖。（4）控制電路：其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制，對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等。

2.3 成套智能控制系統(tǒng)

成套智能控制系統(tǒng)對于保護(hù)電動機(jī)、避免對鏈條強(qiáng)烈沖擊、實(shí)現(xiàn)設(shè)備平穩(wěn)啟動和可靠運(yùn)行等起著至關(guān)重要的作用，可以實(shí)現(xiàn)如下功能。

（1）電站控制操作簡單： 運(yùn)輸機(jī)開正反轉(zhuǎn)和高低速不用在開關(guān)上調(diào)整，直接在操作臺就可以實(shí)現(xiàn)一鍵轉(zhuǎn)換，而且是在運(yùn)行過程中，直接切換。

（2）調(diào)速范圍大： 通過變頻器頻率可以實(shí)現(xiàn)刮板運(yùn)輸機(jī)的無極調(diào)速，消除了調(diào)速過程中對刮板輸送機(jī)機(jī)械部件的沖擊。

（3）維護(hù)容易： 由于采用變頻技術(shù)能夠容易的實(shí)現(xiàn)刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行速度的控制，通過控制刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度，能夠精確地控制運(yùn)輸設(shè)備的停止位置，可以方便地檢修設(shè)備故障點(diǎn)，人眼能清楚看清反應(yīng)刮板跳動螺絲松動等情況。

（4）保護(hù)設(shè)備： 使用變頻器后運(yùn)輸送機(jī)為勻加速啟動，啟動時(shí)間較長，運(yùn)輸機(jī)啟動運(yùn)行緩慢平穩(wěn)，在生產(chǎn)過程中很大程度上減小了刮板運(yùn)輸機(jī)的啟動負(fù)荷，刮板運(yùn)輸機(jī)整體傳動系統(tǒng)所受載荷也響應(yīng)的減小、刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾電動機(jī)實(shí)現(xiàn)功率分配平衡，機(jī)械故障有所降低，提高了生產(chǎn)效率。

（5）便于生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整： 在生產(chǎn)過程中當(dāng)運(yùn)輸機(jī)上煤量大時(shí)，刮板運(yùn)輸機(jī)低速運(yùn)行，現(xiàn)場操作人員根據(jù)刮板輸送機(jī)運(yùn)輸效率調(diào)整采煤機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)工作面安全生產(chǎn)。正常情況下如果出現(xiàn)設(shè)備故障，刮板輸送機(jī)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)頭機(jī)尾單機(jī)運(yùn)行、工頻情況下直接啟動和直接手動軟啟動，大大提高了設(shè)備的有效運(yùn)行，更有利于煤礦的正常生產(chǎn)。

（6）節(jié)約動力電纜： 現(xiàn)在正常的雙速電機(jī)都需要兩根電纜作為動力纜線，而使用變頻技術(shù)對電機(jī)進(jìn)行控制則使用一根電纜，按照梅花井礦綜采工作面正常設(shè)備配置，一套工作面設(shè)備一共可以節(jié)約1100米動力電纜。

（7）節(jié)約能源：采用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對刮板輸送機(jī)的調(diào)速控制，均衡分配生產(chǎn)中的電機(jī)負(fù)荷，節(jié)約了能源；通過電動機(jī)的軟啟動方式，減少了設(shè)備的機(jī)械磨損，節(jié)省了配件費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本。

3 變頻技術(shù)在大功率刮板輸送機(jī)上的應(yīng)用

變頻技術(shù)應(yīng)用于大功率刮板輸送機(jī)是一種新型的軟啟動技術(shù)。煤礦成套智能控制系統(tǒng)在梅花井綜采工作面取得了較好的效果，在使用的這幾個(gè)月以來，機(jī)械事故率極低，效益十分明顯，最大產(chǎn)量達(dá)到月產(chǎn)56萬噸，而且刮板輸送機(jī)的修維成本極低，這樣，變頻技術(shù)在煤炭生產(chǎn)設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。該文介紹了這種軟啟動技術(shù)相對于其它啟動設(shè)備的一些優(yōu)缺點(diǎn)，但是這種技術(shù)的一系列關(guān)鍵技術(shù)問題還需要進(jìn)一步加強(qiáng)，這種系成套統(tǒng)軟啟動技術(shù)要成為一種真正在煤礦中實(shí)現(xiàn)具有實(shí)用性的方法，還需要如下問題有待研究：

（1）在綜采工作面生產(chǎn)過程中，受地質(zhì)條件影響變頻器在現(xiàn)場使用條件差，受溫度、濕度、煤塵等條件制約，變頻技術(shù)的應(yīng)用受到一定的限制。由于隔爆箱體的應(yīng)用，導(dǎo)致變頻器散熱能力較差，易出現(xiàn)高溫老化，影響使用壽命，保護(hù)過于靈敏就會影響工作面的正常生產(chǎn)。

（2）大功率變頻器的使用會在電動機(jī)中定子繞組中有比較明顯的電感，而電感有持流作用，因此變頻器在實(shí)際生產(chǎn)過程中，影響到其他設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量。并且對供電電網(wǎng)產(chǎn)生一定的影響，必須采取有效的防護(hù)措施解決之一問題。。

（3）尚許考慮加載啟動動態(tài)過程的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析。

（4）考慮對變頻設(shè)備的反向沖擊帶來隱患的解決方法。

（5）對電流—轉(zhuǎn)速多機(jī)功率平衡方法向?qū)嵱没l(fā)展的一系列具體問題還需要進(jìn)一步研究。

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