煤礦膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)改造的設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用

馬永衛(wèi)

摘 要：變頻調(diào)速技術(shù)是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，煤礦生產(chǎn)也在進(jìn)行著高速的發(fā)展與更新，長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、大功率膠帶輸送機(jī)在煤礦上的使用量也越來(lái)越多。大型膠帶輸送機(jī)需要良好的驅(qū)動(dòng)方式。將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于煤礦膠帶輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與改造，可以實(shí)現(xiàn)力矩與速度控制功能，提高大型煤礦膠帶輸送機(jī)的安全性能和穩(wěn)定性。本文從采用變頻調(diào)速技術(shù)設(shè)計(jì)改造煤礦膠帶輸送機(jī)的重要意義入手，對(duì)煤礦膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)的工作原理和實(shí)際應(yīng)用加以系統(tǒng)分析。

關(guān)鍵詞：膠帶輸送機(jī) 變頻調(diào)速 改造 設(shè)計(jì) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：X830 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）11（a）-00-02

煤是最主要的固體燃料，是可燃性有機(jī)巖的一種。煤礦是人類在富含煤炭的礦區(qū)開(kāi)采煤炭資源的區(qū)域，一般分為井工煤礦和露天煤礦。數(shù)據(jù)顯示，在我國(guó)，全國(guó)登記在冊(cè)的生產(chǎn)煤礦高達(dá)3900余處，年產(chǎn)能30多億噸，廣泛分布于26個(gè)省區(qū)。

煤流運(yùn)輸是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。為了充分保證煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，對(duì)應(yīng)用極為廣泛的膠帶輸送機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)改造具有十分重要的意義。本文立足煤礦生產(chǎn)實(shí)際，從煤礦膠帶輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)特征分析入手，對(duì)膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)改造的設(shè)計(jì)原理、重大意義與實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要探索[1]。

1 變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于煤礦輸送機(jī)系統(tǒng)的重要意義

對(duì)于一臺(tái)煤礦膠帶輸送機(jī)，其牽引力傳遞能力的大小，決定于膠帶的張力、膠帶在傳動(dòng)滾筒上的圍包角和膠帶與傳動(dòng)滾筒之間的摩擦系數(shù)。要保證膠帶輸送機(jī)的膠帶在傳動(dòng)滾筒上不打滑，正常運(yùn)行，在生產(chǎn)實(shí)踐中要根據(jù)不同情況采取相應(yīng)的控制措施。在這樣的實(shí)踐要求下，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用便成為一個(gè)首要選擇。變頻調(diào)速技術(shù)擁有良好的物質(zhì)基礎(chǔ)、理論基礎(chǔ)與技術(shù)環(huán)境，應(yīng)用于煤礦膠帶輸送機(jī)具有以下幾方面重要意義。

1.1 控制啟動(dòng)電流，平衡電機(jī)功率

煤礦膠帶輸送機(jī)通常必須配備較大富余量，但由于負(fù)荷不斷變化以及運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，膠帶輸送機(jī)長(zhǎng)期處于欠載運(yùn)行狀態(tài)，造成電能浪費(fèi)。因此，根據(jù)膠帶輸送機(jī)的負(fù)荷調(diào)整運(yùn)行速度是必要措施。變頻調(diào)速可以在零速零電壓?jiǎn)?dòng)，帶動(dòng)煤炭負(fù)載進(jìn)行輸送工作和變頻調(diào)速，充分降低電機(jī)電流，同時(shí)在最大程度上消除電壓下降，避免導(dǎo)致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常。同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器輸出的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流差值大小可以調(diào)整每臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速差值，各電機(jī)電流值逐步趨于平衡，達(dá)到功率的動(dòng)態(tài)平衡[2]。

1.2 控制加速功能，平穩(wěn)載重起動(dòng)

膠帶輸送機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中對(duì)電機(jī)或相連機(jī)械部分都會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，這種振動(dòng)將會(huì)進(jìn)一步加劇機(jī)械磨損，降低機(jī)械部件和電機(jī)的使用壽命。而變頻調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)零速起動(dòng)，并且可以按照控制輸送需要進(jìn)行光滑地直線或曲線選擇性加速，在煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸煤炭過(guò)程中任意時(shí)刻，均可以隨時(shí)立即停車和重新起動(dòng)。

1.3 轉(zhuǎn)矩極限可調(diào)，皮帶帶強(qiáng)降低

變頻調(diào)速系統(tǒng)可以設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩極限避免機(jī)械損耗，特別是在膠帶輸送機(jī)過(guò)載時(shí)自動(dòng)停止，保護(hù)皮帶。變頻器驅(qū)動(dòng)還可以調(diào)節(jié)起動(dòng)時(shí)間，降低對(duì)皮帶帶強(qiáng)的要求，降低膠帶輸送設(shè)備的初期投資[3]。

2 煤礦輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)的工作原理及實(shí)際應(yīng)用

2.1 煤礦輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)的工作原理

變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式包括V/F、矢量控制（VC）、直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）等幾種。V/F控制主要應(yīng)用在低成本、性能要求較低的場(chǎng)合；而矢量控制的引入，則開(kāi)始了變頻調(diào)速系統(tǒng)在高性能場(chǎng)合的應(yīng)用。近年來(lái)隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展及數(shù)字控制的普及，矢量控制的應(yīng)用已經(jīng)從高性能領(lǐng)域擴(kuò)展至通用驅(qū)動(dòng)及專用驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合，乃至變頻空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)等家用電器。交流驅(qū)動(dòng)器已在工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化出版設(shè)備、加工工具、傳輸設(shè)備、電梯、壓縮機(jī)、軋鋼、風(fēng)機(jī)泵類、電動(dòng)汽車、起重設(shè)備及其它領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，MCU的處理能力愈加強(qiáng)大，處理速度不斷提升，變頻調(diào)速系統(tǒng)完全有能力處理復(fù)雜的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的觀測(cè)、控制算法，傳動(dòng)性能也因此達(dá)到前所未有的高度。而現(xiàn)在變頻驅(qū)動(dòng)主要使用PWM合成驅(qū)動(dòng)方式，這要求其控制器有很強(qiáng)的PWM生成能力。

完整的煤礦膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)包括變頻主體、電抗器等重要部分及其他必要元器件。變頻調(diào)速是通過(guò)改變電源頻率調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，電源頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度呈正相關(guān)關(guān)系。其工作原理是通過(guò)找到系統(tǒng)固定頻率值，而后適當(dāng)改變系統(tǒng)運(yùn)行頻率，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的目的[4]。

2.2 煤礦輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦膠帶輸送機(jī)工作的各個(gè)階段，均能規(guī)避電能及皮帶設(shè)備的損耗。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用勢(shì)在必行。

（1）軟啟動(dòng)。通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)驅(qū)動(dòng)煤礦輸送機(jī)，其軟啟動(dòng)功能大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，帶動(dòng)煤礦膠帶輸送機(jī)同步緩慢啟動(dòng)，有效降低膠帶張力波造成的沖擊力破壞。

（2）平衡功率。煤礦輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)采取一拖一的控制方式，保證膠帶運(yùn)輸中要求的線速度、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩一致，達(dá)到功率平衡性要求。

（3）調(diào)速節(jié)能。煤礦輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)輸送機(jī)根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行速度，減少設(shè)備部件磨損，延長(zhǎng)輸送機(jī)使用壽命，成本節(jié)約效果明顯。

此外，煤礦輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中會(huì)存在一定問(wèn)題。首先，電解電容會(huì)引起主回路電解電問(wèn)題，因此在膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)安裝時(shí)要嚴(yán)格控制設(shè)備溫度，減少脈動(dòng)電流；其次，線路上的負(fù)荷容易導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障，從而導(dǎo)致主回路過(guò)電流跳閘，這種情況下，應(yīng)當(dāng)通過(guò)對(duì)往期跳閘的電流的查詢與統(tǒng)計(jì)分析，準(zhǔn)確判斷問(wèn)題發(fā)生部位。最后，會(huì)出現(xiàn)控制回路問(wèn)題的發(fā)生，因此要做好相應(yīng)的預(yù)防處理，并定期對(duì)電源電路板進(jìn)行規(guī)范檢查，及時(shí)處理存在問(wèn)題[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

在煤礦生產(chǎn)的發(fā)展過(guò)程中，合理選擇大型膠帶輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。綜上所述，采取變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)煤礦膠帶輸送機(jī)加以設(shè)計(jì)改造，對(duì)傳統(tǒng)的煤礦膠帶輸送機(jī)的性能有極大的改善，能夠?qū)崿F(xiàn)可調(diào)、平滑且無(wú)沖擊的啟動(dòng)力矩，減小膠帶輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的沖擊力和張力，全面改善膠帶輸送機(jī)整體的受力狀況，延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命，從而保護(hù)電網(wǎng)免受沖擊，減少膠帶輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的功率損失，提高穩(wěn)定性、可靠性、安全性。煤礦輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)屬于節(jié)能型技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益的雙贏，對(duì)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)也具有重要意義。此外，變頻調(diào)速系統(tǒng)還有調(diào)速范圍大、體積小、能效高等幾方面特點(diǎn)，加強(qiáng)變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦膠帶輸送機(jī)的應(yīng)用是必要選擇，并要在實(shí)踐中進(jìn)行不斷的完善與探索。

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