煤礦皮帶機(jī)變頻器變頻技術(shù)的應(yīng)用

王剛

摘 要文章首先對(duì)變頻器的技術(shù)原理進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，在此基礎(chǔ)上對(duì)變頻器變頻技術(shù)在煤礦皮帶機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行論述。期望通過(guò)本文的研究能夠?qū)γ旱V井下皮帶機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的提升有所幫助。

【關(guān)鍵詞】煤礦 皮帶機(jī) 變頻器

1 變頻器的技術(shù)原理

變頻器簡(jiǎn)稱(chēng)VFD，它的核心技術(shù)為變頻和微電子技術(shù)，歸屬于電力控制設(shè)備的范疇，可通過(guò)改變電機(jī)工作電源的頻率對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。常規(guī)的變頻器由以下幾個(gè)部分組成：整流、濾波、逆變、制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)單元以及檢測(cè)單元等。對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備而言，由于是固定電流，因此設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中，無(wú)法進(jìn)行轉(zhuǎn)速變換，也就是說(shuō)，設(shè)備始終以一種轉(zhuǎn)速運(yùn)行，在這一前提下，能耗較高。變頻技術(shù)最為突出的作用就是可以通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，來(lái)改變電流，從而達(dá)到節(jié)能的目的。變頻器中的各個(gè)部件通過(guò)相互配合，能夠改變電流頻率，在不改變電壓的情況下，可使半導(dǎo)體的作用得以充分發(fā)揮，對(duì)機(jī)電設(shè)備的工作頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而使電流頻率具有可變性的特點(diǎn)，在對(duì)電流頻率進(jìn)行變換的同時(shí)，可使機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行能耗隨之降低，這就是變頻器的基本技術(shù)原理。

2 變頻器變頻技術(shù)在煤礦皮帶機(jī)中的應(yīng)用

在煤礦井下機(jī)電設(shè)備中，皮帶機(jī)是不可或缺的重要組成部分之一，它的運(yùn)行穩(wěn)定與否，直接關(guān)系煤炭的產(chǎn)量。為在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升皮帶機(jī)的運(yùn)行安全性和可靠性，可對(duì)變頻器變頻技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用。

2.1 皮帶機(jī)對(duì)變頻器的要求

煤礦皮帶機(jī)本身的特殊性使其對(duì)變頻器提出了較高的要求，具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）需要變頻器有較高的技術(shù)指標(biāo)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)當(dāng)在2倍以上，并且可在150%額定電流以下保持連續(xù)不間斷地運(yùn)行；要求變頻器的運(yùn)行速度曲線為S形，加速與減速均應(yīng)當(dāng)能夠平滑過(guò)渡；可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，而且還要具備相對(duì)完善的數(shù)控功能。

（2）要有良好的散熱性能，通常情況下，變頻器采用的是風(fēng)冷或水冷系統(tǒng)進(jìn)行散熱，煤礦井下特殊的作業(yè)環(huán)境對(duì)設(shè)備有著較高的防爆要求，變頻器的部件需要安裝在防爆腔內(nèi)，所以無(wú)法采用風(fēng)冷系統(tǒng)對(duì)變頻器進(jìn)行散熱，而水冷系統(tǒng)不便于維護(hù)，由此使得變頻器的散熱成為突出的問(wèn)題，在具體應(yīng)用時(shí)，必須予以解決。

（3）電磁兼容，由于煤礦井下存在大量的機(jī)電設(shè)備，加之環(huán)境惡劣，因此會(huì)對(duì)變頻器產(chǎn)生較為嚴(yán)重的電磁干擾，這就要求變頻器的電磁兼容必須做好，以確保其能夠不受電磁干擾的影響，始終保持穩(wěn)定的運(yùn)行能力。

2.2 變頻器選型

在對(duì)變頻器進(jìn)行選型之前，應(yīng)當(dāng)按照煤礦批到及對(duì)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的要求，通過(guò)計(jì)算對(duì)最大輸入功率進(jìn)行確定。當(dāng)皮帶機(jī)的最大輸入功率確定之后，可對(duì)電機(jī)的額定功率和極數(shù)進(jìn)行選擇，由于電機(jī)的極數(shù)與同步轉(zhuǎn)速有著密切的關(guān)聯(lián)，因此，要求電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速應(yīng)當(dāng)能夠覆蓋整個(gè)調(diào)速范圍，而轉(zhuǎn)矩則可取設(shè)備不同工況下的最大轉(zhuǎn)矩，如起動(dòng)、運(yùn)行、過(guò)載以及最高速度等工況。隨后可以按照變頻器的輸出功率及額定電流對(duì)具體的參數(shù)和型號(hào)進(jìn)行確定。由此可以確保所選的變頻器符合煤礦皮帶機(jī)的運(yùn)行要求。當(dāng)變頻器的參數(shù)及型號(hào)確定之后，應(yīng)對(duì)其外部的配置予以考慮，熔斷器不可以使用空氣斷路器進(jìn)行替代，以免造成內(nèi)部整流元件損壞；電纜應(yīng)當(dāng)按照變頻器的功率進(jìn)行選擇，建議選用四芯屏蔽動(dòng)力電纜，變頻器與電機(jī)之間的動(dòng)力電纜不宜過(guò)長(zhǎng)；濾波器可以安裝在輸入側(cè)，借此來(lái)對(duì)逆變輸出電壓尖峰進(jìn)行抑制，從而確保電機(jī)的運(yùn)行安全，并降低高頻損耗；變頻器與濾波器之間的電纜長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)控制在3.0m以?xún)?nèi)。

2.3 變頻器的應(yīng)用效果

煤礦皮帶機(jī)應(yīng)用變頻器后，除了可以提高運(yùn)行穩(wěn)定性之外，還能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。

2.3.1 實(shí)現(xiàn)軟起停

通過(guò)變頻器對(duì)煤礦皮帶機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，能夠借助電機(jī)的慢速啟動(dòng)帶動(dòng)皮帶機(jī)緩慢起動(dòng)，從而使皮帶機(jī)中存儲(chǔ)的能量得到緩慢釋放，這樣一來(lái)，皮帶機(jī)在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中所形成的張力會(huì)大幅度減小，基本上不會(huì)對(duì)皮帶機(jī)造成損害。在皮帶機(jī)停車(chē)時(shí)，可利用變頻器調(diào)節(jié)速度，由此可減少停車(chē)時(shí)的沖擊，保證了皮帶機(jī)的安全。

2.3.2 確保功率平衡

國(guó)內(nèi)大部分煤礦中使用的皮帶機(jī)均為雙滾筒或多滾筒驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行方式為一拖一控，變頻器應(yīng)用后，可將控制方式變?yōu)橹鲝目刂?，由此能夠使功率達(dá)到平衡，從而保證電機(jī)的同步性能。

2.3.3 減少維護(hù)量

對(duì)于變頻器而言，它本身是由電子器件組合而成，其可以將機(jī)械設(shè)備的壽命轉(zhuǎn)換為電子器件的壽命，在這一前提下，變頻器可以使皮帶機(jī)的維護(hù)量隨之減少。具體應(yīng)用中，變頻器的加入減輕了皮帶機(jī)的起動(dòng)沖擊，機(jī)械系統(tǒng)的損耗隨大幅度減少，檢修工作量隨之降低，托輥和滾筒的使用壽命比未應(yīng)用變頻器之前提高數(shù)倍。

2.3.4 節(jié)能降耗

為保證煤礦生產(chǎn)作業(yè)的有序進(jìn)行，礦井中使用的電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)預(yù)留出較大的裕量，但由于絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，電機(jī)無(wú)法達(dá)到滿(mǎn)載運(yùn)行，從而導(dǎo)致電能損失，這種情況在皮帶機(jī)中非常突出。應(yīng)用變頻器之后，可按負(fù)載對(duì)皮帶機(jī)的速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，電機(jī)與減速器之間直接聯(lián)系，減少了中間的液力耦合器環(huán)節(jié)，傳遞效率隨之提升。同時(shí)變頻器的穩(wěn)定功能可以為皮帶機(jī)提供穩(wěn)定的電壓，由此可以達(dá)到節(jié)能的效果。鑒于變頻器的上述作用，各大煤礦應(yīng)當(dāng)對(duì)它的應(yīng)用給予足夠的重視，并在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上加大對(duì)變頻器的研究力度，解決應(yīng)用中存在的各種問(wèn)題，使變頻器的作用獲得充分發(fā)揮。

3 結(jié)論

綜上所述，煤礦井下皮帶機(jī)作為煤炭生產(chǎn)的核心設(shè)備，它的運(yùn)行穩(wěn)定與否關(guān)系重大。為此，可將變頻器變頻技術(shù)合理應(yīng)用到皮帶機(jī)當(dāng)中，隨著變頻器的加入，除了能夠?qū)崿F(xiàn)皮帶機(jī)的軟起停之外，還能使設(shè)備維護(hù)量有所減少，最為重要的是降低了皮帶機(jī)的運(yùn)行能耗，達(dá)到節(jié)能的目的。

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作者單位

開(kāi)灤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司蔚州礦業(yè)公司單侯礦皮帶隊(duì) 河北省張家口市 075700