輸煤膠帶系統(tǒng)中變頻器的應(yīng)用

悅中超 敖偉

摘 要：近年來(lái)，煤礦增產(chǎn)降耗的大力號(hào)召受到社會(huì)各界人士的關(guān)注，煤礦生產(chǎn)中各項(xiàng)設(shè)備的改進(jìn)已經(jīng)迫在眉睫。信息化社會(huì)的到來(lái)，使變頻器在輸煤膠帶系統(tǒng)中得到廣泛使用。變頻器可有效降低機(jī)械系統(tǒng)的損耗，從而減少日常維護(hù)量，降低能耗，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。但是，其在露天煤礦的日常工作中的應(yīng)用尚處于起步階段，人們?nèi)狈?duì)變頻器的正確認(rèn)識(shí)，無(wú)法正確應(yīng)用該裝置。該文詳細(xì)闡述了變頻器在輸煤膠帶系統(tǒng)中的調(diào)速原理和實(shí)際應(yīng)用情況，并總結(jié)和分析了其應(yīng)用特征，旨在為相關(guān)工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞：變頻器 輸煤膠帶 節(jié)能控制 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）03（c）-0086-01

輸煤膠帶系統(tǒng)作為露天煤礦輸送的重要運(yùn)輸設(shè)備，具有較強(qiáng)的連續(xù)性、安全性和可靠性，運(yùn)輸距離較長(zhǎng)且運(yùn)輸能力較大。變頻器的應(yīng)用，通過(guò)電壓和頻率的改變確保交流電動(dòng)機(jī)處于可控狀態(tài)，以調(diào)整膠帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。因此，深入對(duì)輸煤膠帶系統(tǒng)中變頻器的應(yīng)用進(jìn)行分析和探討勢(shì)在必行，具有十分重要的作用和意義。

1 變頻器的工作原理

1.1 調(diào)速

基于煤礦企業(yè)的特殊性，其膠帶系統(tǒng)中變頻器多為ABB和西門(mén)子，驅(qū)動(dòng)電機(jī)多為西門(mén)子電機(jī)，電機(jī)功率均在3kW以上，變頻器與控制柜之間通過(guò)Profibus-DP（Decentralized periphery）總線模式控制所有通訊設(shè)備。Profibus-DP負(fù)責(zé)傳送現(xiàn)場(chǎng)層的高速數(shù)據(jù)，定期從主站讀取輸入信息并將對(duì)應(yīng)信息發(fā)送至從站，具有循環(huán)時(shí)間短、低成本特征。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由整流、濾波、逆變?nèi)齻€(gè)單元和控制電路組成。

三相異步電動(dòng)機(jī)工作效率公式為：，該公式中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為；電網(wǎng)頻率為；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率為；電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)為，當(dāng)轉(zhuǎn)速與頻率成正相關(guān)時(shí)，改變電網(wǎng)頻率即可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)電網(wǎng)頻率處于0～50Hz中持續(xù)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)范圍較廣。

變頻器即是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)頻率來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)速度的，膠帶運(yùn)輸主要通過(guò)變頻驅(qū)動(dòng)來(lái)控制。在皮帶機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，可解決軟啟動(dòng)、超過(guò)額定轉(zhuǎn)矩約1.5倍狀態(tài)下的重載起動(dòng)，使電網(wǎng)和皮帶的啟動(dòng)沖擊相對(duì)減少；而在空載、輕載狀態(tài)下，變頻器可自動(dòng)降低運(yùn)行速度，起到節(jié)能降耗的作用，在一定程度上，可延長(zhǎng)膠帶輸送機(jī)皮帶使用壽命，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)平衡?？偟膩?lái)說(shuō)，變頻器的工作原理主要是將電源狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，由交—直—交轉(zhuǎn)換，通過(guò)整流裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，將工頻交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源再轉(zhuǎn)換為電壓或電流可控制交流電源，為電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)力來(lái)源。

1.2 實(shí)際應(yīng)用

如圖1所示，在變頻器實(shí)施方案中，將原有1140V電源轉(zhuǎn)換為變頻電源，具有頻率可調(diào)功能，滿足160kW膠帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)的使用需求；對(duì)驅(qū)動(dòng)器的起動(dòng)、停止與加減速進(jìn)行變頻控制；將膠帶漲緊力、保護(hù)器故障信號(hào)等進(jìn)行采集，結(jié)合輸煤膠帶系統(tǒng)的實(shí)際情況設(shè)定參數(shù)，對(duì)膠帶運(yùn)行起到保護(hù)作用；在機(jī)尾設(shè)置調(diào)速裝置。

在采用變頻器對(duì)輸煤膠帶系統(tǒng)進(jìn)行改造后，相比傳統(tǒng)的直接起動(dòng)方式，膠帶變頻控制起動(dòng)具有以下特點(diǎn)：減少起動(dòng)電流，使電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊大大降低；優(yōu)化重載起動(dòng)性能，采用無(wú)速度傳感器矢量控制方式，使膠帶機(jī)在重載狀態(tài)下，仍能平穩(wěn)起動(dòng)；可根據(jù)膠帶機(jī)的載重情況對(duì)膠帶機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，不僅提高了有功功率，還大大降低了能耗；由于在起動(dòng)階段與停止階段，膠帶機(jī)都能保證平穩(wěn)，膠帶張力至少降低了30%，降低了膠帶的強(qiáng)度等級(jí)，并大大延長(zhǎng)了膠帶的使用壽命，同時(shí)減輕了對(duì)機(jī)械傳動(dòng)裝置的磨損。

2 變頻器在輸煤膠帶系統(tǒng)中的應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 控制優(yōu)勢(shì)

將變頻器應(yīng)用于輸煤膠帶系統(tǒng)，可反映出其優(yōu)越的軟起動(dòng)與軟停止特性。對(duì)于變頻器而言，其起動(dòng)時(shí)間與停止時(shí)間在0～10min范圍內(nèi)是可任意調(diào)動(dòng)的。也就是說(shuō)，在起動(dòng)階段的加速度與停車階段的減速度都具備可調(diào)性。同時(shí)，為了使起動(dòng)更加平穩(wěn)，還能配置相應(yīng)的S型加減速時(shí)間，將輸煤膠帶機(jī)起動(dòng)與停止時(shí)可能產(chǎn)生的沖力降至最小值，這一控制優(yōu)勢(shì)對(duì)于其他驅(qū)動(dòng)設(shè)備而言，是難以實(shí)現(xiàn)的。

2.2 節(jié)能優(yōu)勢(shì)

由于煤礦的生產(chǎn)條件較為特殊，煤產(chǎn)量極不均勻。同時(shí)，輸煤膠帶系統(tǒng)的運(yùn)煤量十分不均勻，當(dāng)負(fù)載較輕或無(wú)負(fù)載時(shí)，輸煤膠帶系統(tǒng)在高速運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)嚴(yán)重磨損機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，并浪費(fèi)較多電能。但是輸煤膠帶系統(tǒng)一旦開(kāi)啟便不會(huì)隨意停止，否則會(huì)對(duì)煤炭生產(chǎn)帶來(lái)不利影響。因此，將變頻器應(yīng)用到輸煤膠帶系統(tǒng)中，可利用具備獨(dú)立性的控制系統(tǒng)分別測(cè)量本機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的載荷情況以及前級(jí)運(yùn)輸系統(tǒng)的載荷情況，通過(guò)可控制變頻器對(duì)速度進(jìn)行控制，以調(diào)節(jié)不同載荷情況下輸煤膠帶系統(tǒng)的運(yùn)行情況，從而節(jié)約大量電能，并對(duì)設(shè)備起到保護(hù)的效果。

2.3 安全優(yōu)勢(shì)

輸煤膠帶系統(tǒng)采用變頻控制，從設(shè)備運(yùn)行的安全方面進(jìn)行分析：將具有良好響應(yīng)與寬廣調(diào)速范圍的變頻器應(yīng)用到輸煤膠帶系統(tǒng)中，可有效改善傳動(dòng)的跟蹤性，減少膠帶抖動(dòng)現(xiàn)象，使輸煤膠帶在運(yùn)行時(shí)更加平穩(wěn)，從而減少膠帶受到?jīng)_擊力的影響，延長(zhǎng)膠帶減速機(jī)的使用壽命；將膠帶的交流接觸器取消，全方位實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)，電磁接觸器的使用壽命即可達(dá)到半永久性狀態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，變頻技術(shù)在輸煤膠帶系統(tǒng)中的應(yīng)用可有效提高系統(tǒng)效率，從而降低設(shè)備維護(hù)成本，能創(chuàng)造出巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)同為煤炭總量豐富和資源消耗型國(guó)家，節(jié)能降耗作為重中之中，理應(yīng)得到各領(lǐng)域、各行業(yè)的重視。變頻器在煤炭產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用順利了社會(huì)發(fā)展方向，具有劃時(shí)代的重要意義。

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