輸煤膠帶系統(tǒng)中變頻器的應用

悅中超 敖偉

摘 要：近年來，煤礦增產(chǎn)降耗的大力號召受到社會各界人士的關注，煤礦生產(chǎn)中各項設備的改進已經(jīng)迫在眉睫。信息化社會的到來，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械系統(tǒng)的損耗，從而減少日常維護量，降低能耗，具有十分廣闊的應用前景。但是，其在露天煤礦的日常工作中的應用尚處于起步階段，人們?nèi)狈ψ冾l器的正確認識，無法正確應用該裝置。該文詳細闡述了變頻器在輸煤膠帶系統(tǒng)中的調(diào)速原理和實際應用情況，并總結和分析了其應用特征，旨在為相關工作人員提供參考。

關鍵詞：變頻器 輸煤膠帶 節(jié)能控制 應用

中圖分類號：TN773 文獻標識碼：A 文章編號：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輸設備，具有較強的連續(xù)性、安全性和可靠性，運輸距離較長且運輸能力較大。變頻器的應用，通過電壓和頻率的改變確保交流電動機處于可控狀態(tài)，以調(diào)整膠帶運輸機的運轉速度，實現(xiàn)負載動態(tài)調(diào)節(jié)。因此，深入對輸煤膠帶系統(tǒng)中變頻器的應用進行分析和探討勢在必行，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和西門子，驅動電機多為西門子電機，電機功率均在3kW以上，變頻器與控制柜之間通過Profibus-DP（Decentralized periphery）總線模式控制所有通訊設備。Profibus-DP負責傳送現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)，定期從主站讀取輸入信息并將對應信息發(fā)送至從站，具有循環(huán)時間短、低成本特征。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由整流、濾波、逆變?nèi)齻€單元和控制電路組成。

三相異步電動機工作效率公式為：，該公式中，電動機轉速為；電網(wǎng)頻率為；電動機轉差率為；電動機極對數(shù)為，當轉速與頻率成正相關時，改變電網(wǎng)頻率即可改變電動機轉速。當電網(wǎng)頻率處于0～50Hz中持續(xù)變化時，電動機轉速可調(diào)節(jié)范圍較廣。

變頻器即是通過改變電動機頻率來自動調(diào)節(jié)速度的，膠帶運輸主要通過變頻驅動來控制。在皮帶機啟動過程中，可解決軟啟動、超過額定轉矩約1.5倍狀態(tài)下的重載起動，使電網(wǎng)和皮帶的啟動沖擊相對減少；而在空載、輕載狀態(tài)下，變頻器可自動降低運行速度，起到節(jié)能降耗的作用，在一定程度上，可延長膠帶輸送機皮帶使用壽命，實現(xiàn)多臺電動機的拖動平衡?？偟膩碚f，變頻器的工作原理主要是將電源狀態(tài)進行調(diào)整，由交—直—交轉換，通過整流裝置進行調(diào)節(jié)，將工頻交流電源轉換成直流電源再轉換為電壓或電流可控制交流電源，為電動機的正常運轉提供動力來源。

1.2 實際應用

如圖1所示，在變頻器實施方案中，將原有1140V電源轉換為變頻電源，具有頻率可調(diào)功能，滿足160kW膠帶驅動電機的使用需求；對驅動器的起動、停止與加減速進行變頻控制；將膠帶漲緊力、保護器故障信號等進行采集，結合輸煤膠帶系統(tǒng)的實際情況設定參數(shù)，對膠帶運行起到保護作用；在機尾設置調(diào)速裝置。

在采用變頻器對輸煤膠帶系統(tǒng)進行改造后，相比傳統(tǒng)的直接起動方式，膠帶變頻控制起動具有以下特點：減少起動電流，使電機起動時對電網(wǎng)造成的沖擊大大降低；優(yōu)化重載起動性能，采用無速度傳感器矢量控制方式，使膠帶機在重載狀態(tài)下，仍能平穩(wěn)起動；可根據(jù)膠帶機的載重情況對膠帶機運行速度進行調(diào)節(jié)，不僅提高了有功功率，還大大降低了能耗；由于在起動階段與停止階段，膠帶機都能保證平穩(wěn)，膠帶張力至少降低了30%，降低了膠帶的強度等級，并大大延長了膠帶的使用壽命，同時減輕了對機械傳動裝置的磨損。

2 變頻器在輸煤膠帶系統(tǒng)中的應用特點

2.1 控制優(yōu)勢

將變頻器應用于輸煤膠帶系統(tǒng)，可反映出其優(yōu)越的軟起動與軟停止特性。對于變頻器而言，其起動時間與停止時間在0～10min范圍內(nèi)是可任意調(diào)動的。也就是說，在起動階段的加速度與停車階段的減速度都具備可調(diào)性。同時，為了使起動更加平穩(wěn)，還能配置相應的S型加減速時間，將輸煤膠帶機起動與停止時可能產(chǎn)生的沖力降至最小值，這一控制優(yōu)勢對于其他驅動設備而言，是難以實現(xiàn)的。

2.2 節(jié)能優(yōu)勢

由于煤礦的生產(chǎn)條件較為特殊，煤產(chǎn)量極不均勻。同時，輸煤膠帶系統(tǒng)的運煤量十分不均勻，當負載較輕或無負載時，輸煤膠帶系統(tǒng)在高速運行狀態(tài)，會嚴重磨損機械傳動系統(tǒng)，并浪費較多電能。但是輸煤膠帶系統(tǒng)一旦開啟便不會隨意停止，否則會對煤炭生產(chǎn)帶來不利影響。因此，將變頻器應用到輸煤膠帶系統(tǒng)中，可利用具備獨立性的控制系統(tǒng)分別測量本機運輸系統(tǒng)的載荷情況以及前級運輸系統(tǒng)的載荷情況，通過可控制變頻器對速度進行控制，以調(diào)節(jié)不同載荷情況下輸煤膠帶系統(tǒng)的運行情況，從而節(jié)約大量電能，并對設備起到保護的效果。

2.3 安全優(yōu)勢

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

3 結語

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

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