皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)改進(jìn)應(yīng)用分析

董常有

摘 要：皮帶輸送機(jī)啟動(dòng)采用液力耦合方式存在能耗大，污染環(huán)境以及啟動(dòng)過程中皮帶受到張力過大，多臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)間轉(zhuǎn)矩不均衡等問題，在對變頻控制原理進(jìn)行分析基礎(chǔ)上，提出采用變頻控制代替原有的液力耦合控制方式實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的軟啟動(dòng)。并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定變頻控制的啟動(dòng)方案為主—從控制方式，現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，變頻控制不僅可以實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的軟啟動(dòng)，而且還可以降低皮帶輸送機(jī)電能消耗，增加自動(dòng)化控制水平，提高運(yùn)輸效率。

關(guān)鍵詞：皮帶輸送機(jī)液力耦合器;變頻控制

皮帶輸送機(jī)是井下的重要運(yùn)輸設(shè)備，其能夠高效運(yùn)行之間關(guān)系到礦井的生產(chǎn)?，F(xiàn)階段我國礦井皮帶輸送機(jī)的啟動(dòng)方式通常采用液力耦合器，這種啟動(dòng)方式存在污染環(huán)境，能效低，多電機(jī)啟動(dòng)時(shí)力矩不平衡等問題。將皮帶輸送機(jī)啟動(dòng)采用變頻控制者可以較好的避免上述問題。文中以山西某礦采用的皮帶輸送機(jī)為研究對象，對變頻控制替代原有的液力耦合啟動(dòng)進(jìn)行分析研究，以期能更好的促進(jìn)礦井生產(chǎn)。

1 皮帶輸送機(jī)驅(qū)系統(tǒng)

該礦井下采用的皮帶輸送機(jī)采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，電機(jī)（型號為YB710S2-4）的輸出功率均為1400kW，電機(jī)布置在皮帶輸送機(jī)機(jī)頭位置，具體的驅(qū)動(dòng)電機(jī)布置如圖1所示。該皮帶輸送機(jī)原采用的啟動(dòng)方式為液力耦合啟動(dòng)，皮帶機(jī)啟動(dòng)過程中多次出現(xiàn)故障，檢修工作量大，同時(shí)液力耦合啟動(dòng)耗電量大，影響礦井的經(jīng)濟(jì)效益。具體的驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)如表1所示。

2 液力耦合啟動(dòng)問題分析

采用液力耦合器對皮帶輸送機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)時(shí)首先需要空載進(jìn)行啟動(dòng)，主要是因?yàn)楫?dāng)電機(jī)的啟動(dòng)頻率是工作頻率時(shí)，啟動(dòng)時(shí)的瞬間電流可以達(dá)到電機(jī)額定電流值的4倍，瞬間增大的電流會(huì)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)較大的沖擊，容易引起電機(jī)出現(xiàn)故障;同時(shí)空載啟動(dòng)同樣會(huì)給供電系統(tǒng)造成一定的沖擊，如電壓降低，給電網(wǎng)中的其他電氣設(shè)備造成影響。為了避免上述問題出現(xiàn)，通常在液力耦合器上加裝額定的設(shè)備，最常用的是水電阻。當(dāng)液力耦合器長時(shí)間工作時(shí)，安裝的水電阻內(nèi)部溫度較高，當(dāng)達(dá)到一定的限值時(shí)，會(huì)引起內(nèi)部的合金塞融化，造成液體泄漏，不僅污染外界環(huán)境，同樣增加設(shè)備的維修工作量。

采用液力耦合器進(jìn)行軟啟動(dòng)，要求皮帶輸送機(jī)在較短的時(shí)間內(nèi)從速度為0提升到額定運(yùn)轉(zhuǎn)速度，皮帶輸送機(jī)在啟動(dòng)過程中受到較大的張力，因此，需要額外的對皮帶輸送機(jī)的強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，避免在啟動(dòng)過程中出現(xiàn)皮帶機(jī)斷裂情況;井下布置的皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸距離往往比較長，運(yùn)輸任務(wù)繁重，往往采用多部驅(qū)動(dòng)電機(jī)接力方式帶動(dòng)皮帶機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)采用液力耦合器啟動(dòng)方式就會(huì)造成多部驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩不均衡，這種轉(zhuǎn)矩不均衡是液力耦合器無法解決的問題。

3 變頻控制分析

3.1 變頻啟動(dòng)工作原理

皮帶輸送機(jī)采用變頻器將最初的輸入的三相或者單向交流電變成直流電，其次再將直流電變成交流電輸出，輸出的交流電頻率與輸入的交流電不同，電機(jī)只需要在較小的電流值下就可以取得較大的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠在較小的輸入電流就可以實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的重載荷啟動(dòng)[5-6]。具體的變頻器調(diào)速與接線示意圖如圖2所示。皮帶輸送機(jī)的軟啟動(dòng)時(shí)在驅(qū)動(dòng)電機(jī)緩慢啟動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，降低啟動(dòng)時(shí)對皮帶的沖擊力，避免在啟動(dòng)過程中出現(xiàn)皮帶斷裂情況。

3.2 調(diào)速方案確定

由于皮帶輸送機(jī)載荷較重，通常采用多臺(tái)輸送機(jī)接方式，這時(shí)就需要注意各個(gè)輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的協(xié)調(diào)問題。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力輸出是通過皮帶耦合實(shí)現(xiàn)，若驅(qū)動(dòng)電機(jī)有滑差，則會(huì)造成變頻器間輸出頻率出現(xiàn)一定偏差，從而造成驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的力矩不均衡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起故障。

根據(jù)分項(xiàng)，現(xiàn)場常用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案主要有3種：①主—從控制方式。這種驅(qū)動(dòng)控制方式要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)的數(shù)量在3臺(tái)以上，各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)間間距小，以便滿足各個(gè)電機(jī)輸出扭矩間的平衡;②一拖多并聯(lián)運(yùn)行方式。該控制方式適用于電機(jī)數(shù)量在3臺(tái)一下，單臺(tái)電機(jī)的輸出功率小，且成本要求底的變頻控制系統(tǒng);③統(tǒng)一控制方案。該方案適用于電機(jī)數(shù)量在3臺(tái)以上，電機(jī)輸出功率大，且距離長的復(fù)雜情況。

根據(jù)礦井實(shí)際情況以及各種調(diào)速控制方案適用性，決定采用主—從控制方案。選擇一臺(tái)變頻器作為主控制器確定電機(jī)輸出扭矩，另外的電機(jī)作為從控制器與主控制器保持同步，變頻調(diào)速控制只對電機(jī)的輸出力矩進(jìn)行控制，不控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，具體的控制方案具體如圖3所示。

為了保證電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，將不同電機(jī)間的精度控制在0.5%以下，可以采用無速度矢量控制方式，若對精度控制在0.1%以下時(shí)，可以采用速度傳感器。

4 效果分析

采用主—從變頻調(diào)速控制方式在礦井皮帶輸送機(jī)調(diào)速控制的應(yīng)用結(jié)果表明，該控制方式可以實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的軟啟動(dòng)，降低電機(jī)損耗、運(yùn)輸成本實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的自動(dòng)化控制，同時(shí)還可以降低皮帶機(jī)的維護(hù)工作量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

5 總結(jié)

采用變頻控制方式來替代礦井原采用的液力耦合器方式實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的軟啟動(dòng)，并根據(jù)礦井實(shí)際情況，確定采用主—從調(diào)速控制方案，解決了驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩不均衡問題。同時(shí)采用變頻控制可以根據(jù)皮帶輸送機(jī)運(yùn)送載荷對皮帶運(yùn)行速度進(jìn)行控制，降低輸送機(jī)的電能消耗，達(dá)到降低運(yùn)輸成本，增加自動(dòng)化控制水平的目的。為其他礦井皮帶輸送機(jī)的控制改造提供了一定的借鑒。

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