變頻器在煤礦長距離帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用

曲 劍

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司教育中心，山西 太原 030053）

1 工程概況

西山煤電集團(tuán)官地礦因產(chǎn)能擴(kuò)大技術(shù)改造必須設(shè)計安裝一條l#帶式輸送機(jī)，該輸送機(jī)設(shè)計全長1.8km，運(yùn)量1650t/h，帶速為3.15m/s。該帶式輸送機(jī)設(shè)計的主要目的是承接該礦0#帶式輸送機(jī)上運(yùn)輸過來的煤礦矸石，將煤矸石運(yùn)輸至矸石倉區(qū)域內(nèi)的2#帶式輸送機(jī)上，從而可以實現(xiàn)整個礦區(qū)因產(chǎn)能擴(kuò)大而造成的煤矸石量的增加。

在官地礦設(shè)計規(guī)劃中，煤矸石等物料的主要運(yùn)輸設(shè)備是考慮使用長距離帶式輸送機(jī)，該設(shè)備必須設(shè)置安裝有多功能信號檢測傳感器來實現(xiàn)對輸送機(jī)的保護(hù)控制作用。該礦為煤矸石運(yùn)輸增設(shè)的l#帶式輸送機(jī)，在設(shè)計時采用多電動機(jī)拖動系統(tǒng)來分散對膠帶的拉力。在長距離帶式輸送機(jī)的頭部和尾部分別設(shè)計多臺電動機(jī)，在長達(dá)2km的距離上形成多電機(jī)拖動系統(tǒng)，能有效分散帶式輸送機(jī)膠帶的拉力，降低對膠帶的機(jī)械設(shè)計強(qiáng)度。為了能協(xié)調(diào)好該輸送機(jī)頭部和尾部各電動機(jī)間的有效控制，選擇PLC控制器。

通過市場調(diào)研，該礦煤矸石運(yùn)輸用l#帶式輸送機(jī)選擇了西門子S120CM變頻器為電機(jī)的變頻驅(qū)動裝置。該變頻驅(qū)動裝置提供廣泛而相互協(xié)調(diào)的組件和功能，可以將設(shè)備中的各獨(dú)立功能單元有效結(jié)合，實現(xiàn)設(shè)備中電氣和通信的連接；集中進(jìn)線、緊湊的設(shè)計方式可以有效的降低設(shè)備現(xiàn)場安裝的空間條件，降低設(shè)備的安裝費(fèi)用。

2 系統(tǒng)構(gòu)成分析

官地礦煤矸石運(yùn)輸系統(tǒng)1#輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計方案：在該帶式輸送機(jī)頭部安裝一臺710kW變頻電動機(jī)，在距尾部345m處的中部位置安裝一臺690V變頻電動機(jī)，拖動方式設(shè)計為頭/中主從同步驅(qū)動。

選擇西門子S120CM變頻器系統(tǒng)主要基于以下兩點：

（1）變頻器的安裝會帶來諧波干擾，主要是體現(xiàn)在電流和電壓上，從而會降低煤礦供電電網(wǎng)運(yùn)輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性。12脈波整流模式的應(yīng)用可以對諧波進(jìn)行優(yōu)化，有效地減少系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生。

（2）1#帶式輸送機(jī)的設(shè)計安裝位置決定了其電動機(jī)需工作在長時制動狀態(tài)，同時為實現(xiàn)將制動所產(chǎn)生再生能量返回電網(wǎng)，選擇整流/回饋裝置為直流母線供電方案是比較合適的。

為減小電網(wǎng)側(cè)的諧波，輸入側(cè)使用一臺三繞組變壓器，其二次側(cè)兩個繞組有30°的相位差，各接一個整流單元，將兩個整流單元的輸出直流母線直連，即形成12脈波。該S120CM變頻器系統(tǒng)中的SLM裝置是一種簡單的、可用于四象限運(yùn)行的整流/回饋單元。整流模式時的整流橋通過集成在IGBT內(nèi)的二極管構(gòu)成，運(yùn)行時網(wǎng)側(cè)電流通過二級管橋流向直流母線。1#帶式輸送機(jī)西門子S120CM變頻器裝置組成示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

3 系統(tǒng)功能分析

3.1 12脈波的實現(xiàn)

在S120CM變頻器裝置中由SLM1、SLM2、SLM3、SLM4共四個整流回饋單元構(gòu)成12脈波并聯(lián)連接?；谡骰仞亞卧獢?shù)量為偶數(shù)和30°的相移等因素，連接到兩個二次繞組的整流回饋單元必須由兩個控制單元進(jìn)行控制，詳情可見SLM 12脈波并聯(lián)連接示意圖2。

圖2 SLM 12脈波并聯(lián)連接

通過圖2可知，在該礦煤矸石運(yùn)輸?shù)?#帶式輸送機(jī)西門子S120CM變頻器的應(yīng)用當(dāng)中，SLM裝置中各包含有CU320，SLM裝置兩兩進(jìn)行并聯(lián)后再接至三繞組變壓器。在該變頻器裝置的控制系統(tǒng)邏輯當(dāng)中，通過PLC控制給出整流/回饋單元合閘命令后，ON信號通過端子同時給到兩個CU320上，兩個SLM同時合閘，運(yùn)行信號輸出回PLC控制器，從而實現(xiàn)12脈波整流。

3.2 帶式輸送機(jī)的起動

帶式輸送機(jī)在起動時動張力在膠帶中的分布并不均勻，基于張力波的傳播和疊加作用會導(dǎo)致長距離膠帶的劇烈振蕩。對帶式輸送機(jī)的起動設(shè)置低速預(yù)張緊過程，設(shè)置啟動時給定速度為額定速度的10%，設(shè)定頻率參數(shù)為5Hz，在該設(shè)置參數(shù)下運(yùn)行60s，通過該運(yùn)行過程，膠帶內(nèi)的張力已達(dá)到了均勻，從而結(jié)束預(yù)張緊運(yùn)行。第二個過程是按“S”曲線加速起動。整個1#帶式輸送機(jī)的起動情況如圖3所示。

圖3 1#帶式輸送機(jī)速度給定曲線

3.3 帶式輸送機(jī)的變頻驅(qū)動控制的調(diào)試

1#帶式輸送機(jī)的安裝和調(diào)試初期，設(shè)計為頭/中主從同步驅(qū)動。確定頭部變頻器為主，作為速度控制，中部變頻器為從，做轉(zhuǎn)矩跟隨。頭/中主從同步驅(qū)動方案能有效地使該帶式輸送機(jī)實現(xiàn)主從之間的負(fù)荷平衡。

1#帶式輸送機(jī)在安裝初期試運(yùn)行時的運(yùn)行效果不太理想，從實踐情況來看主要有以下表現(xiàn)：1#帶式輸送機(jī)空負(fù)荷起動和運(yùn)行都非常的平穩(wěn)，當(dāng)帶煤矸石物料再啟動后，皮帶的張力增加，從而使得從動裝置轉(zhuǎn)矩不斷變化，配重箱上下移動較大，會影響到帶式輸送機(jī)的運(yùn)行安全，必須進(jìn)行解決。分析1#帶式輸送機(jī)的安裝地勢發(fā)現(xiàn)，由于該輸送機(jī)有1.8km的長度，整體上可區(qū)分為上行段和下行段，頭部驅(qū)動裝置位于上行段的位置，中部驅(qū)動裝置處于下行段的位置。因此在空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時，整個設(shè)備的電動機(jī)都在電動狀態(tài)，在帶煤矸石物料運(yùn)行時，煤矸石在膠帶上的分布，要求頭部電動機(jī)產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩和中部電動機(jī)產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。這是設(shè)備在帶煤矸石物料啟動后在運(yùn)行過程無法保持穩(wěn)定的主要原因。

針對這一情況，技術(shù)人員將設(shè)備中部電動機(jī)調(diào)整為速度控制方式，要求該設(shè)備的中部電動機(jī)的速度給定值跟隨頭部電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速，對設(shè)備頭部電動機(jī)電流的情況進(jìn)行實時監(jiān)控從而隨時對中部電動機(jī)速度進(jìn)行調(diào)整。該技術(shù)方案和措施可以有效的控制膠帶的穩(wěn)定，保障設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定。

4 結(jié)語

西山煤電集團(tuán)官地礦煤矸石運(yùn)輸系統(tǒng)新增設(shè)的1#帶式輸送機(jī)于2015年2月安裝完成，并立即投入使用。該1#帶式輸送機(jī)自投入使用以來，設(shè)備整體運(yùn)行非常平穩(wěn)；西門子S120CM變頻器系統(tǒng)的應(yīng)用有效的啟、停過程對于輸送機(jī)的沖擊，提高了輸送機(jī)的使用壽命；同時對再生能量進(jìn)行了利用，實現(xiàn)了對電能的再利用。本文全面分析了輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成，從12脈波的實現(xiàn)、輸送機(jī)的起動、輸送機(jī)的驅(qū)動控制方面對系統(tǒng)功能進(jìn)行詳細(xì)闡述，為同類皮帶運(yùn)輸機(jī)的變頻驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計提供了參考。