(拜城縣眾泰煤焦化有限公司，新疆 阿克蘇 843000)

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)選煤廠所用皮帶運(yùn)輸機(jī)采用工頻拖動(dòng)，受到長(zhǎng)期工頻運(yùn)行和液力耦合器效率影響，皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行耗能較高[1-4]。皮帶運(yùn)輸機(jī)采用工頻拖動(dòng)時(shí)，皮帶運(yùn)輸機(jī)的軟啟動(dòng)通過(guò)液力耦合器的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)，盡管采用了轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻降低了電機(jī)啟動(dòng)力矩，但是電機(jī)啟動(dòng)電流仍然較高，電機(jī)啟動(dòng)沖擊劇烈，易造成機(jī)械磨損和損壞，且鑒于液力耦合器的磨損和維護(hù)費(fèi)用較高，對(duì)于選煤廠綜合經(jīng)濟(jì)效益的提升極為不利。另外，皮帶具有較高的儲(chǔ)能性能，在皮帶啟動(dòng)和停止時(shí)均會(huì)儲(chǔ)存大量的彈性能，采用液力耦合器軟啟皮帶時(shí)，皮帶的彈性能釋放，與液力耦合器加載力相抗會(huì)造成電機(jī)在短時(shí)間內(nèi)機(jī)械沖擊急劇上升，易造成電機(jī)沖擊損傷和發(fā)熱，尤其會(huì)造成多機(jī)驅(qū)動(dòng)，同一皮帶出現(xiàn)功率不均和不同步現(xiàn)象，在此情況下，皮帶運(yùn)輸機(jī)若處于下行運(yùn)行時(shí)，速度難以控制，會(huì)出現(xiàn)飛車現(xiàn)象。因此，有必要采取相應(yīng)的技術(shù)對(duì)工頻驅(qū)動(dòng)皮帶方式進(jìn)行優(yōu)化，以提高皮帶運(yùn)輸機(jī)的安全性能和降低耗能。

1 選煤廠皮帶運(yùn)輸機(jī)控制現(xiàn)狀分析

選煤廠某皮帶運(yùn)輸機(jī)水平剖面見圖1所示，該皮帶運(yùn)輸機(jī)采用下行方式運(yùn)行。對(duì)該皮帶運(yùn)行進(jìn)行分析可知：該皮帶運(yùn)輸機(jī)由2臺(tái)電機(jī)，即皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)1和皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)2同軸連接，當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)工作時(shí)，2臺(tái)電機(jī)反向運(yùn)行，如皮帶運(yùn)輸機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)，皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)1和皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)2分別反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)，皮帶運(yùn)行方式為下行運(yùn)轉(zhuǎn)；皮帶在下行運(yùn)行過(guò)程中，皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩在液力耦合器作用下，皮帶運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)輪轂所受力矩與上層皮帶自重產(chǎn)生的力矩疊加，且所形成的疊加力矩與皮帶運(yùn)輸機(jī)摩擦阻力力矩處于平衡狀態(tài)，此時(shí)皮帶不負(fù)載運(yùn)行，皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)1和皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)2分別為反轉(zhuǎn)電動(dòng)態(tài)和正轉(zhuǎn)電動(dòng)態(tài)；當(dāng)皮帶上煤呈帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，負(fù)荷重力產(chǎn)生的力矩作用于皮帶運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)輪轂，此時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩超過(guò)摩擦阻力力矩，皮帶運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)輪轂加速運(yùn)行，此時(shí)皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)1和皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)2分別處于反轉(zhuǎn)再生態(tài)和正轉(zhuǎn)再生態(tài)；皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)1和皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)2處于電動(dòng)態(tài)時(shí)，電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩是電機(jī)轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)力矩，大量電能在電磁轉(zhuǎn)矩作用下輸出機(jī)械能驅(qū)動(dòng)皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)1和皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)2處于再生態(tài)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子反向切割磁力線，電機(jī)輸出的電磁力矩相應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)子的制動(dòng)力矩，電機(jī)轉(zhuǎn)子被皮帶運(yùn)輸機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的合成力矩拖著超同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，皮帶運(yùn)輸機(jī)輪轂上的機(jī)械能反饋給電網(wǎng)，此時(shí)電機(jī)受到?jīng)_擊較大，容易產(chǎn)生機(jī)械損傷和發(fā)熱。

圖1 皮帶運(yùn)輸機(jī)水平剖面示意圖

2 皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻改造的必要性

變頻調(diào)速是通過(guò)采用變頻器為核心元件構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)，變頻調(diào)速的應(yīng)用不僅可以提高設(shè)備自動(dòng)化水平，還可大幅度降低設(shè)備能耗，目前變頻調(diào)速被認(rèn)為是最有前景的調(diào)速方式之一。在設(shè)備調(diào)速方面，通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，僅需改變逆變管開關(guān)順序即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，可有效避免因換相不當(dāng)引起的電機(jī)發(fā)熱和燒電機(jī)現(xiàn)象；且變頻調(diào)速?gòu)牡退匍_始，頻率較低，加速和減速時(shí)間可以調(diào)節(jié)，啟動(dòng)電流較??；變頻調(diào)速進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，不僅可以將機(jī)械負(fù)載能量消耗在制動(dòng)上，還可以通過(guò)增加附屬元件回饋給電網(wǎng)。另外，變頻調(diào)速節(jié)能效果好也是變頻調(diào)速技術(shù)逐漸廣泛應(yīng)用的重要基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)顯示，部分風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載節(jié)能可達(dá)20%～60%，皮帶運(yùn)輸機(jī)類低速運(yùn)行設(shè)備采用變頻調(diào)速后節(jié)能較明顯。

變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)可分為電動(dòng)態(tài)、再生態(tài)和空載啟動(dòng)，為避免皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)和變頻器運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)過(guò)載，需要在變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)前輸出零赫茲力矩電流，這樣可確保電機(jī)啟動(dòng)時(shí)拖動(dòng)系統(tǒng)速度為零，這樣可以實(shí)現(xiàn)變頻器輸出轉(zhuǎn)矩基本不變的情況下輸出頻率逐漸升高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的帶載啟動(dòng)。通過(guò)對(duì)選煤廠下行皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行分析可知，皮帶運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)分為電動(dòng)態(tài)、再生態(tài)和空載啟動(dòng)，因此選用四象限能量回饋型變頻器對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)控制進(jìn)行改造，該類型變頻器不僅具備普通變頻器的功能，還可以實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)帶載和空載啟停時(shí)皮帶平穩(wěn)啟啟動(dòng)，避免電機(jī)損傷和皮帶跑車現(xiàn)象。

3 皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻改造

為了確保試驗(yàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩平衡，在對(duì)其進(jìn)行控制改造時(shí)應(yīng)采用2套變頻器進(jìn)行聯(lián)合控制，在控制系統(tǒng)中2套變頻器的逆變器公用直流母線、整流/回饋裝置，其中一臺(tái)電機(jī)作為主動(dòng)電機(jī)，另一臺(tái)作為聯(lián)動(dòng)電機(jī)，即通過(guò)變頻器的使用可對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測(cè)，確保四象限變頻器速度、轉(zhuǎn)矩同步，進(jìn)而還可有效解決兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶運(yùn)輸機(jī)產(chǎn)生的扭震和共振等問(wèn)題。另外，在皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，若出現(xiàn)輕負(fù)荷運(yùn)行或者一臺(tái)變頻器出現(xiàn)故障不運(yùn)行時(shí)，可由另一臺(tái)變頻器拖動(dòng)皮帶，實(shí)現(xiàn)皮帶的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)采用四象限變頻器的應(yīng)用，還可通過(guò)增加附屬原件使部分機(jī)械能反饋到電網(wǎng)進(jìn)行重新利用，且反饋過(guò)程中因變頻器的應(yīng)用對(duì)電機(jī)沖擊載和較小，不會(huì)對(duì)電機(jī)造成損傷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)的節(jié)能。但是附屬元件的投入資金相對(duì)較高，這部分能源節(jié)約成本回收周期相對(duì)較長(zhǎng)；如若不考慮節(jié)能效果，可直接采用變頻器帶動(dòng)單元來(lái)控制，即機(jī)械能通過(guò)制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻進(jìn)行消耗。在進(jìn)行皮帶運(yùn)輸機(jī)控制改造時(shí)，保留原有的工頻啟動(dòng)柜，同時(shí)將液力耦合器效率調(diào)至最高，將工頻啟動(dòng)柜作為控制系統(tǒng)的備用，一旦變頻控制出現(xiàn)故障時(shí)，可采用工頻啟動(dòng)提高皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)急能力。當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)改造調(diào)試結(jié)束后，在運(yùn)行一段時(shí)間后未出現(xiàn)控制問(wèn)題，可根據(jù)情況拆除液力耦合器，將皮帶運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)軸直接連在電機(jī)上，最終完成皮帶運(yùn)輸機(jī)的變頻技術(shù)改造。

4 結(jié)語(yǔ)

皮帶運(yùn)輸機(jī)采用變頻技術(shù)改造后，不僅可徹底實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)的軟啟和軟停，同時(shí)可有效杜絕皮帶運(yùn)輸機(jī)在工頻控制下因速度控制不當(dāng)易出現(xiàn)的飛車問(wèn)題，大幅度提高了皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制能力和安全運(yùn)行系數(shù)。通過(guò)四象限變頻器的應(yīng)用，可通過(guò)增加附屬元件將部分機(jī)械能反饋給電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電能的復(fù)用，降低皮帶運(yùn)輸機(jī)能量消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。另外，通過(guò)變頻技術(shù)改造避免了液力耦合器使用過(guò)程中出現(xiàn)的諸多問(wèn)題，有效降低了設(shè)備的損壞率和維護(hù)費(fèi)用，有利于提高選煤廠的綜合經(jīng)濟(jì)效益。