變頻技術(shù)在皮帶輸送機(jī)改造中的應(yīng)用

周作志

【摘 要】為了實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸效率提高，運(yùn)輸成本降低，論文針對(duì)膠帶輸送機(jī)液壓耦合器的啟動(dòng)方式中所存在的不足之處以及采用變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢(shì)展開分析。在對(duì)三種變頻調(diào)速方案進(jìn)行詳細(xì)分析之后優(yōu)化主從控制變頻調(diào)速方案。論文主要研究如何優(yōu)化輸送機(jī)啟動(dòng)方案，來實(shí)現(xiàn)在礦井運(yùn)輸過程中達(dá)到更高的自動(dòng)化程度，以及降低運(yùn)輸過程中的用電成本。

【Abstract】In order to improve the transportation efficiency and reduce the transportation cost of belt conveyor， this paper analyzes the shortcomings of the starting mode of hydraulic coupler of the belt conveyor， and the advantages of adopting the variable velocity variable frequency technology. After the detailed analysis of three kinds of variable frequency speed control schemes， the master-slave control scheme of variable frequency speed regulation is optimized. The paper mainly studies how to optimize the starting scheme of conveyor， so as to achieve a higher automation degree in the course of mine transportation， and reduce the cost of electricity in the course of transportation.

【關(guān)鍵詞】變頻器;主-從控制;膠帶輸送機(jī);軟啟動(dòng)

【Keywords】frequency converter; master-slave control; belt conveyor; soft start

【中圖分類號(hào)】TM921.51? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2018）12-0128-02

1 引言

膠帶運(yùn)輸機(jī)是目前在原煤運(yùn)輸中從井下到地面運(yùn)輸過程中最重要的運(yùn)輸設(shè)備。因此，想要保證在礦井工作中始終保持高效的工作效率是保證礦井生產(chǎn)能力的基本保障。在《煤礦安全規(guī)程》中對(duì)膠帶輸送機(jī)的使用提出了一定的要求。具有一定的彈性是保證膠帶輸送機(jī)正常工作的基本保證，所以在礦井工作中必須通過軟啟動(dòng)的方式使用膠帶輸送機(jī)，目前，在膠帶輸送機(jī)使用過程中常用啟動(dòng)方式為液力耦合器啟動(dòng)。但是使用該啟動(dòng)方式的缺點(diǎn)就是耗能較高。因此，研究在膠帶輸送機(jī)中更好地應(yīng)用低能耗變頻技術(shù)是保證煤礦企業(yè)節(jié)約能耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

2傳統(tǒng)膠帶輸送機(jī)啟動(dòng)方式存在的問題

2.1 空載啟動(dòng)增加能耗

傳統(tǒng)膠帶輸送機(jī)所使用的啟動(dòng)方式為液壓耦合器啟動(dòng)，使用該方式時(shí)不可以先進(jìn)行工頻啟動(dòng)，因?yàn)橥ǔ＿M(jìn)行工頻啟動(dòng)的時(shí)候膠帶輸送機(jī)電機(jī)上所通過的電流基本會(huì)超過其額定電流的三倍以上，如果這個(gè)過程中電機(jī)的機(jī)械應(yīng)力受到較大的電流通過時(shí)會(huì)導(dǎo)致瞬間沖擊的影響大大增加，因此會(huì)對(duì)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞，所以說在啟動(dòng)時(shí)需要先進(jìn)行空載啟動(dòng)，在這過程中會(huì)造成能量的損耗[1]。其次是在膠帶輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)使用液壓耦合器會(huì)造成供電電網(wǎng)電壓降低以及電網(wǎng)出現(xiàn)諧波的現(xiàn)象，導(dǎo)致對(duì)于其他井下工作的用電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，嚴(yán)重者可能會(huì)影響井下正常工作進(jìn)行。

2.2 對(duì)皮帶強(qiáng)度的要求較高

通過液壓耦合器啟動(dòng)膠帶輸送機(jī)需要整個(gè)膠帶輸送機(jī)的加載過程在較短的時(shí)間內(nèi)完成，因此啟動(dòng)過程中皮帶需要承受比較大的壓力，如果皮帶的強(qiáng)度無法滿足要求，則很容易導(dǎo)致皮帶發(fā)生斷裂，因此在進(jìn)行皮帶的選擇時(shí)必須是高強(qiáng)度的，防止因?yàn)槠o法承受較高的強(qiáng)度而導(dǎo)致發(fā)生損壞對(duì)整個(gè)皮帶輸送機(jī)造成影響。

2.3 電機(jī)功率不平衡

在井下整個(gè)原煤運(yùn)輸過程中通過膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)恼w運(yùn)輸距離是比較長(zhǎng)的，并且原煤運(yùn)輸量比較大，因此往往膠帶輸送機(jī)上所使用的都是雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)。但是，使用該驅(qū)動(dòng)方法存在的弊端就是可能會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)功率不平衡的現(xiàn)象發(fā)生，尤其是在使用液壓耦合器啟動(dòng)的時(shí)候電機(jī)功率不平衡問題并不能得到有效解決。

3 變頻啟動(dòng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

通過變頻啟動(dòng)方式在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中變頻器可以直接將直流電轉(zhuǎn)變成交流電，雖然說轉(zhuǎn)變后的交流電是單相或者是三相的，但是和電網(wǎng)輸出的交流電相比其電壓和頻率等方面是不同的。二者之間的差別就是在電機(jī)的運(yùn)行曲線上其曲線可以實(shí)現(xiàn)平行下移，同時(shí)因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中具有較大的扭矩力，可以通過小電流的形式來實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)重載。因此在應(yīng)用過程中使用變頻技術(shù)的具體優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)方面。

3.1 膠帶輸送機(jī)可以實(shí)現(xiàn)緩慢啟動(dòng)

在啟動(dòng)過程中膠帶輸送機(jī)由于其整個(gè)運(yùn)行路徑較長(zhǎng)，所以電機(jī)的啟動(dòng)效率比較慢，因此在膠帶輸送機(jī)的加載過程中消耗大量時(shí)間。但是通過電機(jī)緩慢啟動(dòng)或者是停止可以讓膠帶本身所儲(chǔ)存的能量緩慢釋放，避免膠帶輸送機(jī)在啟動(dòng)或是停止過程中張力發(fā)生明顯的變化對(duì)皮帶造成破壞，有效避免了皮帶的損壞。

3.2 降低了膠帶強(qiáng)度的要求

使用變頻技術(shù)之后對(duì)于膠帶強(qiáng)度的要求有所降低，選擇膠帶時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來決定，比如說如果膠帶輸送機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間控制在五分鐘之內(nèi)，只要做到可以和膠帶輸送機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間所產(chǎn)生的張力相匹配的膠帶強(qiáng)度就可以做到使啟動(dòng)過程中所產(chǎn)生的沖擊力降低，因此對(duì)膠帶造成的損耗也會(huì)降低，如此便可以降低膠帶的使用成本，同時(shí)在啟動(dòng)過程中對(duì)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)所造成的破壞也會(huì)相對(duì)有所降低，電機(jī)的使用壽命也會(huì)有所提高。

3.3 實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡

使用變頻方式啟動(dòng)膠帶輸送機(jī)可以使用一拖一控制方式來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡，使用該方法可以避免使用傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式帶來的弊端，即使用雙電機(jī)啟動(dòng)所帶來的電機(jī)運(yùn)行時(shí)功率不平衡的現(xiàn)象。特別是電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的輸出力矩可以達(dá)到額定力矩的兩倍，可以實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)的平穩(wěn)重載啟動(dòng)。

3.4 自動(dòng)調(diào)速功能以及節(jié)能

在煤流傳感器的作用之下，對(duì)于輸送機(jī)的運(yùn)輸速度可以通過變頻系統(tǒng)和皮帶相結(jié)合進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，會(huì)在一定程度上降低皮帶的磨損程度，從而延長(zhǎng)皮帶的使用壽命。在交流傳統(tǒng)系統(tǒng)中，如果膠帶輸送機(jī)在送機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)額定帶速內(nèi)皮帶運(yùn)行速度的隨意調(diào)整，也可以實(shí)現(xiàn)皮帶的低速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此也就可以完成在低運(yùn)轉(zhuǎn)速度之下實(shí)現(xiàn)皮帶的檢修工作，大大節(jié)省了時(shí)間以及勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也提高了工作效率。因?yàn)樵诿旱V工作所采用的作業(yè)制度為三八制度作業(yè)，所以每班開采的煤礦數(shù)量是不同的。所以說在不同的時(shí)間段膠帶輸送機(jī)所運(yùn)輸?shù)拿毫渴遣煌模绻\(yùn)煤量較小而皮帶卻仍保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)則相對(duì)產(chǎn)生的能耗是比較大的，因此將變頻器和皮帶的負(fù)載情況相結(jié)合可以有效實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)運(yùn)行速度的隨意調(diào)整，如此可以在很大程度上降低電能的消耗。

4 皮帶輸送機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)方案分析

采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，將兩臺(tái)電機(jī)都安裝在膠帶輸送機(jī)的兩端，在使用傳統(tǒng)的液壓耦合器啟動(dòng)膠帶輸送機(jī)時(shí)會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)皮帶跑偏或者是斷裂的情況，該過程不僅增加了電力損耗，同時(shí)也增加了機(jī)器的檢修成本，因此以下提出基于變頻技術(shù)的皮帶輸送機(jī)啟動(dòng)方式的優(yōu)化方案。

本文主要提出了三種調(diào)速方案并通過其優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析，選擇最符合實(shí)際情況的調(diào)速方式。選擇的第一種方案為一拖多方案，該方法主要使用對(duì)象為電動(dòng)機(jī)額定功率較小并且電機(jī)的控制數(shù)量小于三臺(tái)的情況下選擇，該方法具有成本低的優(yōu)勢(shì)。第二種選擇方案為主從控制方案，該方案在電機(jī)數(shù)量少于三臺(tái)的時(shí)候可以保證所有的電機(jī)輸出功率一致，因此整體控制系統(tǒng)相對(duì)較為簡(jiǎn)單;使用的第三種方案為同一控制方案，該方案主要適用于電機(jī)的數(shù)量大于三臺(tái)的時(shí)候，使用該方案往往整體控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。

在膠帶輸送機(jī)使用過程中為了使其更好的達(dá)到負(fù)載平衡，對(duì)三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，其中方案二更加適用于雙電機(jī)工作的膠帶輸送機(jī)進(jìn)行調(diào)速。主要改造為一臺(tái)作為主變頻控制器，該變頻器的主要作用是保證電機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩，而另一臺(tái)變頻器在主變頻器的控制下，兩者之間的運(yùn)行保持同步，改造后所使用的主控和從控的變頻器都具有報(bào)警邏輯信號(hào)輸出以及和外部信號(hào)連鎖控制的兩種功能，主變頻器可以接收遠(yuǎn)程和內(nèi)部信號(hào)指令，同時(shí)也可以接收從變頻器所發(fā)出的相關(guān)指令，而從變頻器也可以接收內(nèi)外部以及主控變頻器的指令。兩個(gè)變頻器所采用的都是速度傳感器控制技術(shù)，轉(zhuǎn)速的精度可以控制在0.5%以內(nèi)。

通過該方案的使用輸送機(jī)的功率只達(dá)到了額定功率的60%左右，平均每臺(tái)電機(jī)可以節(jié)省大約2.2kW功率，每年所節(jié)省的電能是十分可觀的，一臺(tái)電機(jī)一年可以節(jié)省近兩萬元的電費(fèi)，具有比較理想的節(jié)能效果。

5 結(jié)語

通過兩種變頻控制方案的選擇，實(shí)現(xiàn)了膠帶輸送機(jī)工況的有效調(diào)節(jié)，同時(shí)也可以更好地提高整個(gè)礦井輸出系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。并且在工程施工過程中的用電成本明顯降低，對(duì)于井下工作實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗是非常有意義的。此外通過變頻技術(shù)的應(yīng)用能夠使皮帶低速檢修頻率降低，不僅降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省了檢修時(shí)間，同時(shí)也提高了檢修過程中的工作效率。對(duì)于皮帶的磨損程度以及內(nèi)部構(gòu)建的破壞等也明顯降低，該方案是一種值得推廣的方案。

【參考文獻(xiàn)】

【1】杜曉林， 王芳. UP10變頻器在煤礦皮帶輸送機(jī)上的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力， 2012（5）：107-109.