變頻技術在煤礦帶式輸送機中的應用分析

苗志剛

（陽煤集團機電設備管理中心，山西 陽泉 045008）

1 帶式輸送機傳統(tǒng)啟動方式存在的不足

（1）空載啟動電流大

帶式輸送機采用傳統(tǒng)的液壓耦合器進行啟動時，不能先工頻啟動，因為工頻啟動時，存在的電流是帶式輸送機電機額定電流的3倍以上，此時，電機的機械應力由于受到較大電流造成的瞬時沖擊影響瞬間增大，容易導致電機內部構件損壞，因此，應先空載啟動。其次，采用液壓耦合器啟動時，會對供電電網(wǎng)造成電壓降低、電網(wǎng)諧波等影響，嚴重影響井下其他供電設備的運轉。

（2）膠帶強度要求高

采用液壓耦合器進行啟動時，帶式輸送機的加載工作會在短時間內完成，在加載時，膠帶短時間內承受的張力較大，如果膠帶強度低，則容易斷裂破壞，因此，必須采用強度高的膠帶，避免膠帶發(fā)生破壞。

（3）電機功率不平衡

由于礦井原煤運輸所采用的帶式輸送機運輸距離長，運輸量大，因此，帶式輸送機一般采取雙電機驅動，所以，在工作過程中存在電動機功率不平衡的問題，而帶式輸送機采用液壓耦合器啟動方式不能長期有效解決這個問題。

2 變頻啟動優(yōu)點分析

變頻器工作時，可以將直流電再次轉換為交流電，此時的交流電雖然是單相或者三相電，但在電壓及頻率方面不同于電網(wǎng)輸出的交流電，該不同在電機的運行曲線上表現(xiàn)為曲線平行下移，表明此時電動機的啟動轉矩較大，可以以小電流啟動重載負荷。因此，變頻啟動主要有以下幾個優(yōu)點：

（1）實現(xiàn)帶式輸送機緩慢啟動。由于帶式輸送機的電機啟動較慢，因此，帶式輸送機加載時間較長啟動緩慢，且電機的緩慢啟動或停止可以使膠帶自身儲存的能量得到有效釋放，減輕帶式輸送機啟動或停止時的張力，有效地保護膠帶，避免其遭到破壞。

（2）對膠帶強度要求低。由于在1h之內對變頻器的啟動時間進行調整，而可根據(jù)現(xiàn)場情況在5min內對帶式輸送機的啟動時間進行調整，使得輸送機具有充分的啟動時間，啟動時的沖擊力減小，從而不需要膠帶具有很強的強度，節(jié)約了膠帶成本，且對電機內的設備損壞相對減小，提高了電機的使用壽命。

（3）帶式輸送機采用變頻方式啟動時，可以采用一拖一的控制方式，實現(xiàn)電機轉矩平衡，有效解決帶式輸送機雙電機驅動功率不平衡的問題。且在低頻運轉情況下，變頻器輸出的力矩可以是額定力矩的2倍，實現(xiàn)平穩(wěn)的帶式輸送機重載啟動。

（4）自動調速功能及節(jié)能。變頻系統(tǒng)在煤流傳感器的作用下結合膠帶的負載情況對輸送機的運行速度進行自動調整，這個可以減輕膠帶的磨損情況，延長其使用壽命。且變頻調速系統(tǒng)的變速功能是通過無極調速的交流傳動系統(tǒng)實現(xiàn)，因此，在帶式輸送機空載的情況下，在額定帶速內可以隨意調整膠帶運行速度，實現(xiàn)膠帶機低速運轉，在膠帶低速運轉條件下對膠帶進行檢修，可以節(jié)省時間，降低勞動強度。

由于煤礦實行三八制作業(yè)，每班開采的煤量不同，因此，帶式輸送機不同時間段內的運煤量會發(fā)生變化，如果運煤量小時，膠帶仍然在高速運轉，將消耗大量電能，不利于節(jié)能降耗。因此，可以通過變頻器結合膠帶的負載情況對輸送機的運行速度進行自動調整，節(jié)約電能。

3 常村煤礦膠帶機變頻調速方案分析

常村煤礦運輸原煤所使用的膠帶輸送采用雙電機拖動，即驅動方式為雙電機驅動，兩臺電機均安裝在帶式輸送機機頭處，其功率均為1400kW，該帶式輸送機原來采用液力耦合器進行啟動，帶式輸送機工作期間，多次出現(xiàn)膠帶跑偏、斷裂等情況，在用電成本增加的同時，檢修成本也在增加。因此，需要采用變頻技術對膠帶機的啟動方式進行優(yōu)化。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對以下三種調速方案優(yōu)缺點進行對比分析，確定最符合實際情況的調速方案。方案一：一拖多方案，該方案適合電機功率小且電機數(shù)量為3臺以下的情況，成本較低；方案二：主從控制方案，該方案適合電機數(shù)量少于3臺情況，且每臺電機的輸出功率相同，控制系統(tǒng)簡單；方案三：統(tǒng)一控制方案，該方案適合電機數(shù)量在3臺以上的情況，且系統(tǒng)較為復雜。

為了能更好地控制帶式輸送機的負載平衡，根據(jù)常村煤礦現(xiàn)場實際情況對各方案的優(yōu)缺點進行比較分析，確定采用方案二對常村煤礦帶式輸送機調速系統(tǒng)進行改造。即一臺為主控變頻器，確定電機的輸出轉矩，另一臺變頻器受主變頻器控制，與主控運行保持同步，主-從控制方案示意圖如圖1所示。由圖1可知：主控變頻器同時控制該礦帶式輸送機所使用的兩臺電機的輸出轉矩，且控制1#電機的轉速，而2#電機的轉速則由從控變頻器控制。

本次改造所使用的主控與從控變頻器均具備報警邏輯信號輸出及外部信號連鎖控制兩種功能，主控變頻器不僅可以接收來自遠程和內部的信號指令，可以接收從控變頻器發(fā)出的指令，同樣，從控變頻器也可以接收內外部及主控的指令。為將電機的轉速精度控制在0.5%之內，兩個變頻器均采用速度傳感器控制技術。

圖1 主-從控制方案示意圖

4 結語

改造后的實際應用情況表明，采用主-從變頻控制方案后，不僅可以實現(xiàn)對輸送機工況進行調節(jié)，提高了礦井運輸系統(tǒng)的自動化程度，同時大大節(jié)約了運輸用電成本，有利于實現(xiàn)礦井節(jié)資降耗的生產(chǎn)目標。此外，變頻調速技術的應用實現(xiàn)了膠帶低速檢修，節(jié)約了檢修時間，降低了工人的勞動強度，減輕了膠帶的磨損及啟動對電機內部構件造成的損壞，值得進行推廣應用。