基于變頻調(diào)速的帶式輸送機節(jié)能技術(shù)研究

賈若凡

（汾西礦業(yè)集團煤礦安全監(jiān)管五人小組管理局， 山西 介休 032000）

引言

煤炭生產(chǎn)企業(yè)中帶式輸送機得到廣泛應(yīng)用，在設(shè)備選型時，為滿足生產(chǎn)不均衡或者保留富余運輸能力，往往選擇較大裝機功率的驅(qū)動電機，反而降低了驅(qū)動電機做功和電力的效率，日積月累形成了巨大的電力成本浪費，這是煤炭企業(yè)亟待解決的技術(shù)難題[1-2]。

1 國內(nèi)常用節(jié)能技術(shù)分析

1.1 減電機運行方法

在我國井工煤礦中帶式輸送機一般均配備至少2臺的驅(qū)動電機，如果在運行過程中始終由全部的電動機同時驅(qū)動，在煤流量較少甚至空負荷的狀態(tài)下，不可避免的要造成電動機做功和電力的無謂損失。因此當帶式輸送機負荷降低時，可自動匹配電動機的運行臺數(shù)，使電動機的功率符合當下的運輸負荷，從而達到節(jié)省電力的目的[3]。其技術(shù)要點在于通過1臺檢測設(shè)備識別電動機的運行狀態(tài)，然后通過更改PLC指令來啟動或停止驅(qū)動電機。

1.2 功率平衡節(jié)能方法

多電機驅(qū)動的帶式輸送機，2臺電動機即使型號相同、功率相同，由于電機傳動裝置、摩擦系數(shù)、功率分配等多方面影響，導致驅(qū)動過程會存在功率不平衡現(xiàn)象，從而使設(shè)備出現(xiàn)負載不均、機械磨損、電機壽命縮短、能耗增大等不利影響。對功率進行平衡可采用耦合補償方法，通過分析電動機的差異，針對性給予參數(shù)修正，使系統(tǒng)中電動機的運行參數(shù)發(fā)生變化時，自動進行反饋及補償，使多臺電動機所分配的載荷均衡。同時，在啟動過程對電動機的轉(zhuǎn)速進行合理調(diào)配也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能目的[4]。

1.3 降電壓節(jié)能方法

電動機負載保持最佳狀態(tài)時的運行效率最高，功率得到最大程度利用，能耗最合理。當輸送機低負荷或空負荷運轉(zhuǎn)時，電動機的功率因素下降，損失的功率就增多。因此，若想提高做功效率，應(yīng)從提高功率因素、減小電動機端電壓、降低電動機運行電流的方法入手，例如可通過雙向可控硅調(diào)壓電路來對電動機進行調(diào)控，降低電壓及電流，提高做功效率[5]。目前，這項技術(shù)在煤礦帶式輸送機中得到了較廣泛應(yīng)用。

2 基于變頻調(diào)速的節(jié)能技術(shù)研究

2.1 帶式輸送機功率與帶速關(guān)系分析

在井工煤礦中由于產(chǎn)能的提升和對設(shè)備功率需求的增大，帶式輸送機的運煤量不斷增大，能耗也隨之提升，而配置完成的帶式輸送機，其電動機型號、減速箱參數(shù)、傳送裝置和各部配件都是固定的，運行速度也是恒定的，這就造成無論是滿負荷、低負荷還是空載，電動機都以恒速運行，無法根據(jù)載荷進行速度調(diào)整，造成電能浪費。

根據(jù)帶式輸送機運行時的工作阻力計算[4]，對于某選定的帶式輸送機，運煤量Q及皮帶速度v對電動機功率P影響最大，當運煤量Q不變時，功率P與帶速v成正比關(guān)系，即電動機功率隨帶速的增大而增大，如下頁圖1所示。因此，在滿足運煤量的前提下，將帶速進行合理控制能夠達到減少電動機功率消耗的目的。

2.2 帶式輸送機變頻調(diào)速節(jié)能效果分析

在井工煤炭運輸過程中，設(shè)備選型時會為各部輸送設(shè)備留有富余系數(shù)，為得到在運煤量不變時，電動機功率與帶速的實際變化關(guān)系，做如下一組實驗進行驗證：運煤量恒定設(shè)置為500 t/h，改變輸送機帶速后，單位長度皮帶內(nèi)煤炭質(zhì)量隨之變化，單位長度皮帶的填充率也變化，進而探究功率、能量消耗率的變化趨勢。實驗數(shù)據(jù)如下頁表1所示。

圖1 帶式輸送機功率與帶速關(guān)系示意圖

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，在運煤量保持不變的前提下，隨著帶速降低，單位長度內(nèi)物料質(zhì)量和皮帶填充率都隨之增長，電動機消耗的功率下降。即運輸同等質(zhì)量的煤炭，降低帶速會使單位長度皮帶上的填充率接近滿載狀態(tài)，皮帶電動機的功率充分做功，從而降低能耗。因此，應(yīng)用PLC變頻控制技術(shù)對帶式輸送機的運行速度進行合理控制，能夠有效降低電力消耗。但是皮帶運行速度過低時，又會因阻力過大造成電動機超負荷運行，影響電動機的使用壽命，故帶速應(yīng)控制在一個合理范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

為獲得煤礦企業(yè)機電設(shè)備較高的運行可靠性，在設(shè)備選型尤其是在功率選型時往往取較大的富余系數(shù)，導致帶式輸送機等設(shè)備在實際運轉(zhuǎn)時長期處于低負荷甚至空載狀態(tài)下運行，從而造成電力的浪費。國內(nèi)已有的節(jié)能技術(shù)有配備2臺以上電動機時的減電機節(jié)能方法、對多電機的耦合補償功率平衡方法，電動機啟動時的轉(zhuǎn)速調(diào)配方法以及降低電壓的節(jié)能方法等。應(yīng)用PLC變頻控制技術(shù)對帶式輸送機的運行速度進行合理控制，能夠有效降低電力消耗，但是當皮帶運行速度過低時，又會因阻力過大造成電動機超負荷運行，影響電動機的使用壽命，故帶速應(yīng)被控制在一個合理范圍內(nèi)。