礦山強(qiáng)力皮帶機(jī)上高壓變頻器的應(yīng)用解析

張海英（龍巖紅炭山機(jī)械有限公司,福建龍巖364102）

礦山強(qiáng)力皮帶機(jī)上高壓變頻器的應(yīng)用解析

張海英
（龍巖紅炭山機(jī)械有限公司,福建龍巖364102）

摘要：作為礦山生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，皮帶機(jī)同時(shí)也是礦山生產(chǎn)中的耗能大戶，傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速的方式雖然能夠滿足基本的調(diào)速要求，但是不僅可靠性差、功率因數(shù)低，而且能耗較大，無法有效發(fā)揮皮帶機(jī)控制系統(tǒng)的性能，導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。本文結(jié)合實(shí)際案例，對(duì)高壓變頻器在礦山強(qiáng)力皮帶機(jī)上的應(yīng)用情況進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：礦山;強(qiáng)力皮帶機(jī);高壓變頻器;應(yīng)用

0前言

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動(dòng)下，我國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，社會(huì)對(duì)于能源資源的需求也在不斷增大，對(duì)于礦產(chǎn)開采行業(yè)提出了更高的要求。在礦山生產(chǎn)中，幾乎所有的斜井提升采用的都是皮帶傳輸?shù)姆绞?，皮帶機(jī)的運(yùn)輸效率直接影響著礦山生產(chǎn)效率。針對(duì)傳統(tǒng)皮帶機(jī)傳輸系統(tǒng)存在的不足，應(yīng)用高壓變頻器對(duì)其進(jìn)行改造，能夠起到顯著的效果，應(yīng)該得到礦山管理人員的正式。

1高壓變頻器概述

簡(jiǎn)單來講，變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)工頻電源頻率變換的一種電能控制裝置。而在電力電子技術(shù)以及微電子技術(shù)快速發(fā)展的帶動(dòng)下，通過器件的串聯(lián)或者單元的串聯(lián)，對(duì)高壓?jiǎn)栴}進(jìn)行了解決，使得高壓大功率變頻調(diào)速設(shè)備得以發(fā)展和成熟，在礦山、石化、供水、冶金等行業(yè)的各種水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等設(shè)備的控制中得到了廣泛應(yīng)用。

從目前來看，在我國(guó)大部分礦山生產(chǎn)中，皮帶運(yùn)輸機(jī)采用的多是工頻拖動(dòng)而非變頻器驅(qū)動(dòng)的形式，電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于工頻運(yùn)行狀態(tài)，加上液力耦合器效率相對(duì)較差，皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行缺乏經(jīng)濟(jì)性，導(dǎo)致了生產(chǎn)成本的增加，同時(shí)，串級(jí)調(diào)速模式使得電動(dòng)機(jī)無法軟起軟停，很容易產(chǎn)生劇烈的沖擊，影響設(shè)備的使用壽命，無法適應(yīng)當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的要求。而伴隨著自動(dòng)控制技術(shù)、高壓變頻控制技術(shù)的逐漸成熟，在礦山皮帶機(jī)上應(yīng)用高壓變頻器，幾乎已經(jīng)成為了一種必然的選擇，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的無極平滑調(diào)速，而且能夠有效提升皮帶機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，受到了采礦企業(yè)的廣泛關(guān)注。

2高壓變頻器在礦山強(qiáng)力皮帶機(jī)上的應(yīng)用

本文以某煤礦企業(yè)生產(chǎn)中使用的強(qiáng)力皮帶機(jī)為例，對(duì)HIVERT系統(tǒng)通過高壓變頻器的應(yīng)用情況進(jìn)行了討論和分析。

2.1皮帶機(jī)構(gòu)成

該煤礦中的強(qiáng)力皮帶機(jī)各項(xiàng)性能參數(shù)如下：

皮帶寬度：1000mm；

傾斜角度：25°；

皮帶速度：2.5m/s；

輸送長(zhǎng)度：665m；

輸送能力：600t/h。

皮帶機(jī)的主要由兩臺(tái)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)、拖動(dòng)滾輪、逆止器、盤形制動(dòng)器以及運(yùn)輸強(qiáng)力皮帶構(gòu)成。

2.2調(diào)速方案設(shè)計(jì)

在皮帶機(jī)中應(yīng)用高壓變頻器，構(gòu)建變頻調(diào)速系統(tǒng)，其核心問題在于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的平衡問題。在實(shí)際應(yīng)用中，可供選擇的變頻控制方案包括以下兩種：

（1）“一拖二”方案：即利用一臺(tái)高壓變頻器同時(shí)拖動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的出力主要由自身參數(shù)以及皮帶參數(shù)決定，變頻器無法實(shí)現(xiàn)對(duì)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制。這種方案在應(yīng)用中存在有三個(gè)缺陷，一是無法對(duì)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的功率進(jìn)行有效分配，影響設(shè)備性能的充分發(fā)揮，二是必須定期對(duì)拖動(dòng)滾筒中的雜物進(jìn)行清理，以免影響皮帶機(jī)運(yùn)行效率，三是無法為電動(dòng)機(jī)提供有效保護(hù)。

（2）“雙機(jī)聯(lián)動(dòng)”方案：利用兩臺(tái)變頻器，分別拖動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，將電動(dòng)機(jī)定子繞組分別接在兩臺(tái)變頻器的輸出測(cè)。雙機(jī)聯(lián)動(dòng)變頻系統(tǒng)是由完全獨(dú)立的兩臺(tái)變頻器，通過主從機(jī)同步通信的方式，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與功率的平衡。兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)中，任何一臺(tái)都可以作為主機(jī)，另一臺(tái)作為從機(jī)。在該方案中，變頻器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制，采用光纖通信的方式，不僅通信速率快，而且抗干擾能力強(qiáng)，不會(huì)受外界因素的影響。不僅如此，變頻器主從之間能夠自動(dòng)對(duì)其輸出轉(zhuǎn)速和功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，工作人員也不需要對(duì)拖動(dòng)滾筒內(nèi)的雜物進(jìn)行清理，穩(wěn)定性較強(qiáng)。

2.3變頻器選擇

結(jié)合煤礦現(xiàn)場(chǎng)工藝要求，針對(duì)強(qiáng)力皮帶機(jī)無負(fù)力的特點(diǎn)，采用兩臺(tái)HIVERT通用高壓變頻器，這種變頻器的基本輸出數(shù)據(jù)為：功率630kW，額定電壓10000V，額定電流48A，輸出頻率0-50Hz。

2.4雙機(jī)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)

結(jié)合上述分析，采用雙機(jī)聯(lián)動(dòng)的控制方案，在該煤礦中，主從電動(dòng)機(jī)之間的同步控制，是由設(shè)備企業(yè)自行研發(fā)的“內(nèi)嵌式同步控制器”實(shí)現(xiàn)的，以光纖作為同步控制的通信介質(zhì)，不僅可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，而且不需要額外增加相應(yīng)的同步設(shè)備，只需要簡(jiǎn)單的安裝、操作和設(shè)置，就能夠?qū)崿F(xiàn)雙機(jī)同步運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行過程中，如果主從電動(dòng)機(jī)無法實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行，不僅可能會(huì)出現(xiàn)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重超載而另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)輕載運(yùn)行的情況，而且很容易造成設(shè)備的損壞。在長(zhǎng)期運(yùn)行后，超載電動(dòng)機(jī)還可能會(huì)出現(xiàn)過熱、過載保護(hù)或者停機(jī)等事故，影響生產(chǎn)的穩(wěn)定和安全。針對(duì)這個(gè)問題，通過內(nèi)置的高速同步通信，HIVERT通用高壓變頻器可以對(duì)非同步狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)的輸出功率進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率的平衡以及動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)雙機(jī)同步運(yùn)行的目的。

2.5功率平衡問題的解決

對(duì)于變頻器而言，在多機(jī)運(yùn)行過程中，控制的重點(diǎn)應(yīng)該放在電動(dòng)機(jī)功率平衡方面。HIVERT通用高壓變頻器中采用的是光纖通信的方式，通信速率能夠達(dá)到500kbit/s，而且加入了CRC校驗(yàn)，能夠有效滿足礦山生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的通信需求，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。當(dāng)主機(jī)接收到正常起動(dòng)信號(hào)后，會(huì)起動(dòng)變頻器，同時(shí)通過傳輸信道，將運(yùn)行信號(hào)、頻率以及轉(zhuǎn)矩電流等發(fā)送給從機(jī)，使得從機(jī)可以正常起動(dòng)。從機(jī)本身具備相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)功能，能夠?qū)Ρ茸陨磙D(zhuǎn)矩電流與主機(jī)轉(zhuǎn)矩電流的差異，自動(dòng)對(duì)運(yùn)行頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)變頻器功率的平衡。

3結(jié)語

總而言之，在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的帶動(dòng)下，社會(huì)對(duì)于能源資源的需求不斷增大，客觀上推動(dòng)了礦山行業(yè)的發(fā)展。而作為礦山生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，皮帶機(jī)的運(yùn)行效率直接決定了礦山生產(chǎn)效率。在皮帶機(jī)中應(yīng)用高壓變頻器，實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速模式向變頻調(diào)速模式的轉(zhuǎn)變，能夠平衡電動(dòng)機(jī)功率，確保其性能的充分發(fā)揮，同時(shí)減少皮帶機(jī)運(yùn)行能耗，推動(dòng)礦山生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李長(zhǎng)明.高壓變頻器在礦山強(qiáng)力皮帶機(jī)上的應(yīng)用[J].電氣時(shí)代,2012(2):32-33.

[2]原亞菲.解析高壓變頻器在煤礦皮帶機(jī)上的應(yīng)用[J].科技傳播,2013(10):77,74.

作者簡(jiǎn)介：張海英，女，福建永春人，大專，助理工程師，主要從事:生產(chǎn)技術(shù)管理工作。