變頻電控系統(tǒng)在煤礦皮帶輸送機上的應用分析

侯曉光

（大同煤礦集團公司機電管理處電氣科，山西　大同　037003）

1　既有皮帶機的控制方式

目前廠礦企業(yè)多使用寬度為1 000mm的皮帶，拖動系統(tǒng)為：使用型號為DXⅢ的皮帶機，設計電壓為660 V，功率為750 kW。皮帶的運行速度為2.5 m/s，皮帶設計輸送能力為700 t/h。系統(tǒng)利用液力偶合器和行星減速機相互配合驅動主副滾筒，再利用皮帶和滾筒之間的摩擦力保證皮帶正常運行。使用此種皮帶機初期投入不高，但維護費用較大，液力耦合器維護不當會出現(xiàn)漏油的情況，極大增加了安全隱患。

皮帶機的動力來源主要靠電機轉動，高壓異步電機經過減速機減速后帶動滾筒轉動，皮帶緊緊的圍繞著滾筒，并通過皮帶與其產生的摩擦力來確保皮帶順利前進，為保證皮帶的貼緊度，還要增加配重裝置。一般煤礦的主井多使用兩條皮帶機交替運行，動力源使用兩臺參數與型號相同的高壓電機，通過調度根據負荷情況協(xié)調運行，保證生產的穩(wěn)定。在運行過程中，維護的工作量很大，由于皮帶普遍較長，受到啟動過程中應力拉伸和負荷影響，皮帶的磨損很大，會出現(xiàn)皮帶斷裂和電機燒損的情況[1]。

2　煤礦皮帶機電控系統(tǒng)的改造

改變原有的控制方式為變頻電控方式，增加高性能矢量變頻器控制電動機，并增加安全保護裝置。通過這些裝置的共同配合完成對皮帶系統(tǒng)的控制和保護。

2.1　改造后控制系統(tǒng)的組成

皮帶系統(tǒng)改造后比原來更加智能，改變原有的現(xiàn)場控制方式為遠程控制，更加智能化。首先要選擇合適的地點設置控制室，在控制室內安裝控制皮帶機控制系統(tǒng)：包括由主控臺、電源柜、制動柜、變頻柜

圖1　變頻控制示意圖

2.2　改造后控制系統(tǒng)的特點

1）電機啟動使用變頻器控制，在低頻時啟動電動機，滿足皮帶機的調速和平穩(wěn)啟動的需求，減少對設備的機械沖擊；并可以根據負荷情況任意設定電機的運行轉數達到節(jié)能的要求。

2）主控系統(tǒng)能夠對皮帶機運行速度進行監(jiān)測，當輸送機的運行速度零速可自動控制制動系統(tǒng)動作，可以避免皮帶機出現(xiàn)溜車現(xiàn)象造成電機倒轉而造成的變頻器過流現(xiàn)象。

3）操作智能化。改造后的系統(tǒng)增加了全面的故障監(jiān)測和報警及保護功能。包括系統(tǒng)過流、短路保護、過熱保護等，系統(tǒng)操作更加智能

4）為檢修提供便利。增加變頻器后，系統(tǒng)調節(jié)更加方便，當皮帶機運行穩(wěn)定時可降低帶速后進行處理，能夠滿足連續(xù)生產的要求。

3　改造效果

3.1　節(jié)約電能

改造后的輸送皮帶使用變頻器控制，頻器輸出頻率設為39～40Hz，可以根據系統(tǒng)的負荷控制運行和啟動速度，降低運行電壓和電流，避免皮帶的空轉現(xiàn)象，減小了電能的消耗。據統(tǒng)計，變頻技術的使用能夠節(jié)約10%～15%電能。

3.2　節(jié)省維修費用

改造后將原有的直接啟動改為軟啟動，能夠調速，起動過程減小了對電網、電機和傳動機械設備的沖擊，減少了對機械設備的磨損，能夠提高設備的使用壽命，大大延長設備的維修周期，減少停產檢修次數。軟啟動也減少真空接觸器、開關等控制設備的更換頻率，這都大大降低了維修費用。

3.3　降低設備的維護量

變頻器是一種電子器件的集成原件，利用電子原件的壽命替代機械壽命，提高設備的使用時間，大大降低設備維護量。

軟啟動減少了起動過程中對機械零件的沖擊，減少了機械零件的檢修量。日常生產不必配備過多的專業(yè)維修人員，只需要配備少量的運行人員即可，有效地降低了人員成本。

4　變頻調速皮帶機中的具體應用

相對于以往的控制方式而言，變頻器對于皮帶機的控制具有很大的優(yōu)勢：不但可以對電動機的速度進行有效的控制，進而實現(xiàn)較大范圍的連續(xù)高效的速度控制，甚至可以完成對電動機正反轉的控制以及電機的電氣制動[3]。

在煤礦中，皮帶機是重要的流程中樞，如果皮帶機出現(xiàn)故障會導致系統(tǒng)停產，造成嚴重的經濟損失。經過設計改造和實踐可知，使用高壓變頻器控制皮帶機有多種優(yōu)勢：具有多種自我保護功能，過熱、過負荷、過電流、接地故障即發(fā)生跳閘，并有過負荷預警；諧波輸入不高于4%；側功率輸入因小于95%；當電機出現(xiàn)滿負荷運行時，變頻調速功率小于96%；可以單獨對電機進行控制；體積小容易搬運、對系統(tǒng)無沖擊、啟動平穩(wěn)；可以根據負荷情況調整皮帶機速度，達到節(jié)能的目的；滿足智能化操作；在低速時完成皮帶啟動；減少系統(tǒng)的磨損；能夠對多臺電機進行同步同軸軟啟動以及軟停止功能；具備防護性、可靠性與穩(wěn)定性的特征[4]。

5　結論

變頻系統(tǒng)投入運行，可以減少輸送機、動力系統(tǒng)、傳動機構的事故，能夠提高輸送裝置的使用壽命，因此煤炭企業(yè)應根據自己的企業(yè)生產能力和經濟實力，盡可能使用變頻系統(tǒng)對皮帶進行控制，保證生產的穩(wěn)定進行，進而保障安全生產。

[1]羅建平，謝文寧，宋志國，等.防城港港口帶式輸送機系統(tǒng)節(jié)能改造技術研究[J].中國水運（下半月），2014（7）：123.

[2]趙彥斌.基于總線技術和模糊控制理論的井下皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].邯鄲：河北工程大學，2012.

[3]章亞斌，羅有根，吳祖萬，等.提升機TKD-A電控系統(tǒng)可調閘回路的改造[J].江西煤炭科技，2007（2）：69.

[4]姚小帥，申青春，楊培，等.瞬變電磁技術在井下水文選址中的應用[J].中州煤炭，2012（6）：229.