煤礦膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)改造

劉智

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)有限公司，山西陽(yáng)泉045000）

煤礦膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)改造

劉智

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)有限公司，山西陽(yáng)泉045000）

隨著社會(huì)的進(jìn)步及采煤技術(shù)的不斷更新，煤礦的產(chǎn)量逐年提高，煤礦的長(zhǎng)距離輸送越來(lái)越多地使用大功率帶式輸送機(jī)。大型膠帶輸送機(jī)需要良好的驅(qū)動(dòng)方式，只有正確選擇驅(qū)動(dòng)方法，才能實(shí)現(xiàn)平滑、可調(diào)的啟動(dòng)力矩，減少?zèng)_擊力和張力，延長(zhǎng)輸送機(jī)的使用壽命，保護(hù)電網(wǎng)免受沖擊，減少輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的功率損失，提高輸送機(jī)電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、安全性。對(duì)運(yùn)用變頻調(diào)速改造后的膠帶輸送機(jī)進(jìn)行效果分析。實(shí)際應(yīng)用表明要實(shí)現(xiàn)力矩—速度控制功能，可使用變頻控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行調(diào)速，同時(shí)能提高大型膠帶輸送機(jī)的安全性能及穩(wěn)定性。

膠帶輸送機(jī)；驅(qū)動(dòng)方法；變頻控制系統(tǒng)；技術(shù)革新

1　大型膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速工作原理簡(jiǎn)介

（1）變頻調(diào)速的工作原理

交流變頻調(diào)速綜合應(yīng)用了電機(jī)傳動(dòng)、微機(jī)、電力電子等各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)來(lái)進(jìn)行調(diào)控變頻，同時(shí)也是機(jī)電一體化和強(qiáng)電、弱電混合綜合技術(shù)的綜合應(yīng)用。這種技術(shù)實(shí)際是通過(guò)電力半導(dǎo)體器件的的通斷作用將工頻電源轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪活l率的電能，來(lái)對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)能根據(jù)電機(jī)負(fù)荷的變化自動(dòng)平滑地增速、減速，提高工作效率，其原理是利用整流橋?qū)⒐ゎl交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，再由逆變器轉(zhuǎn)換為頻率、電壓可調(diào)的交流電壓作為交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，為電動(dòng)機(jī)提供無(wú)級(jí)調(diào)速所需的電壓和電流，實(shí)現(xiàn)無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速。

（2）皮帶機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)工作原理介紹

皮帶機(jī)采用電控、變頻設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)速控制。該設(shè)備包含9臺(tái)變頻器，一套電控系統(tǒng)、一個(gè)操作臺(tái)及其他皮帶機(jī)綜合保護(hù)以及二個(gè)分級(jí)控制箱。電控變頻設(shè)備的工作原理：該設(shè)備采用集中控制的方式，把所有皮帶機(jī)保護(hù)（煤位、跑偏、煙霧、溫度、速度、一氧化碳、縱撕、拉線等）集中采集到PLC中按工藝要求對(duì)其實(shí)施精確控制，并在操作臺(tái)上反映當(dāng)前的設(shè)備狀態(tài)、控制方式及各種保護(hù)當(dāng)前狀態(tài)等。便于直觀觀察皮帶機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行狀況和對(duì)設(shè)備的檢修維護(hù)。

2　西翼主運(yùn)一、二、三部膠帶輸送機(jī)

西翼主運(yùn)一、二、三部膠帶輸送機(jī)，該膠帶輸送機(jī)型號(hào)為DTL120/150，使用上述膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，使用效果主要表現(xiàn)在以下方面。

（1）軟起動(dòng)優(yōu)越特性

大型膠帶輸送機(jī)啟動(dòng)的過(guò)程往往是不穩(wěn)定的，交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)特性常常會(huì)使膠帶的張力不斷增大，膠帶張力會(huì)在啟動(dòng)的過(guò)程中達(dá)到最大值。具有粘彈性的膠帶受到驅(qū)動(dòng)力的作用會(huì)產(chǎn)生粘彈性變形。由于膠帶啟動(dòng)前其各部分的靜態(tài)阻力不同，不穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的張力使膠帶受力不均，當(dāng)膠帶的靜阻力小于兩端的壓力差時(shí)，膠帶就會(huì)啟動(dòng)。某一段啟動(dòng)后靜阻力轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)阻力，這段膠帶就啟動(dòng)了。但是在膠帶啟動(dòng)的過(guò)程中，由于力的突變，膠帶會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，膠帶截面內(nèi)的動(dòng)張力急劇上升，對(duì)膠帶產(chǎn)生不良影響。而軟啟動(dòng)能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

（2）實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡

滾筒驅(qū)動(dòng)的膠帶輸送系統(tǒng)是每個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒由單一的一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)，只有機(jī)頭的各個(gè)滾筒同步啟停時(shí)才能保證輸送系統(tǒng)的同步性能。這就要求各滾筒功率盡量平衡，才能保證系統(tǒng)的運(yùn)輸能力。要根據(jù)工作需要來(lái)調(diào)節(jié)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流差值的大小，可通過(guò)調(diào)整電機(jī)之間的速度差來(lái)實(shí)現(xiàn)，而電機(jī)速度差可通過(guò)調(diào)整變頻器的速度給定來(lái)調(diào)節(jié)。這就實(shí)現(xiàn)了使用單獨(dú)控制系統(tǒng)來(lái)控制電機(jī)的電流值，通過(guò)調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)電流，使各電機(jī)電流值慢慢趨于平衡，從而形成動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)。

（3）實(shí)現(xiàn)重載起動(dòng)平穩(wěn)性

煤礦使用的膠帶輸送，在輸送的過(guò)程中要求有立即停車和即時(shí)重啟的功能，所以膠帶輸送要有“重載”啟動(dòng)的要求。變頻調(diào)速系統(tǒng)采用無(wú)速度傳感器矢量的方法來(lái)控制，在低頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，能輸出1.5～2倍額定轉(zhuǎn)矩，能實(shí)現(xiàn)更好的重載啟動(dòng)。

（4）啟動(dòng)電流可控

在適當(dāng)增加轉(zhuǎn)矩提升的條件下，變頻調(diào)速可能在零速零電壓?jiǎn)?dòng)，電壓和頻率一旦建立了一定的關(guān)系，變頻器就可以按照一定的方式來(lái)進(jìn)行控制（V/F或矢量控制），膠帶就能負(fù)載工作并變頻調(diào)速。這種方式提高電機(jī)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，并能延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命，減少電機(jī)維護(hù)檢修成本。

（5）低速驗(yàn)帶功能

膠帶輸送作為煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹髁?，其維護(hù)檢修也是一項(xiàng)重要的工作。膠帶輸送機(jī)檢修時(shí)，要求膠帶低速運(yùn)行以便能安全的進(jìn)行膠帶檢查。變頻器可以調(diào)節(jié)膠帶輸送系統(tǒng)的速度，使系統(tǒng)電機(jī)在5%～100%額定帶速范圍內(nèi)以任意速度長(zhǎng)期工作，保證膠帶機(jī)低速運(yùn)行的檢修要求，提高了膠帶檢修的安全系數(shù)。

（6）精準(zhǔn)的過(guò)載保護(hù)功能

在煤礦運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，輸送機(jī)過(guò)載時(shí)有發(fā)生，在輸送機(jī)過(guò)載時(shí)，可通過(guò)設(shè)置對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩來(lái)保護(hù)輸送機(jī)，使其在過(guò)載時(shí)自動(dòng)停車，使皮帶不至于受損。這種方法能精準(zhǔn)設(shè)置轉(zhuǎn)矩保護(hù)皮帶，是變頻控制的一大特征，也是其優(yōu)點(diǎn)之一。而工頻是通過(guò)檢測(cè)電機(jī)的工作電流值或過(guò)載保護(hù)來(lái)控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的過(guò)載保護(hù)。

（7）平穩(wěn)的加速功能

變頻調(diào)速系統(tǒng)可以選擇加速曲線，能根據(jù)輸送機(jī)的載荷及實(shí)際情況光滑均勻地進(jìn)行加速，使機(jī)械不至于在速度突變的情況下受到震動(dòng)而有損傷。而工頻啟動(dòng)則無(wú)法實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能，因?yàn)槠湓趩?dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生速度突變，機(jī)械在突然加速或者突然減速的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，這種振動(dòng)不但發(fā)出噪音，還對(duì)機(jī)械產(chǎn)生不利的影響，加劇機(jī)械磨損，降低機(jī)械部件和電機(jī)的安全使用壽命。

（8）運(yùn)行穩(wěn)定，減低成本

輸送機(jī)同時(shí)安裝同步電機(jī)和矢量控制變頻器可以達(dá)到轉(zhuǎn)矩高效輸出的目的，減少機(jī)械傳動(dòng)的部件，形成直接的變頻傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了提高輸送系統(tǒng)穩(wěn)定性的目標(biāo)，同時(shí)減少部件降低了成本。

實(shí)踐表明變頻系統(tǒng)能夠平滑啟動(dòng)，減少機(jī)械振動(dòng)，可長(zhǎng)期可靠地應(yīng)用于長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)等恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。變頻系統(tǒng)還能在各種工況下可靠地控制皮帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)柔性負(fù)荷、加速、減速、即時(shí)停車、即時(shí)啟動(dòng)等動(dòng)態(tài)過(guò)程，在各階段實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與膠帶機(jī)之間的同步運(yùn)行，降低二者之間的沖擊，減少對(duì)機(jī)械設(shè)備的損害，有效延長(zhǎng)電機(jī)及輸送機(jī)的使用壽命，提高輸送機(jī)的安全性能。

3　結(jié)語(yǔ)

高壓交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)隨著科技進(jìn)步已逐步完善，變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在大型輸送機(jī)的應(yīng)用在很大程度上提高了煤礦的輸送效率，同時(shí)提高了煤礦輸送系統(tǒng)的安全性能，延長(zhǎng)了大型輸送機(jī)的使用壽命。充分利用變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造，能提改善現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行工況，節(jié)能降耗，節(jié)約成本，提高煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］方大千.變頻器、軟起動(dòng)器及PLC實(shí)用技術(shù)問(wèn)答［M］.北京：人民郵電出版社，2007.

［2］劉美俊.通用變頻器應(yīng)用技術(shù)［M］.福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

Technological Transformation of Frequency Control System for Belt Conveyor in Coal Mine

LIU Zhi
（Yangquan Coal Industry Group Co.，Ltd.，Yangquan045000，China）

With the update of the progress of the society and the coal mining technology，the output of coal increased year by year，the use of large power belt conveyor is more and more widely in long distance transportation of coal mine.Large belt conveyor need good drive way，right choice driven approach can achieve smooth and adjustable start torque，reduce the impact force and tension，prolong the service life of conveyor，protect grid from impact，to reduce conveyor power loss in the process of operation，improve the stability，reliability，security of electric control system of conveyor.Practical application shows that to achieve torque-speed control function，can use frequency control system for speed regulation，at the same time can improve the safety performance and stability of large belt conveyor.In this paper，the effect of using frequency control of motor speed transforming belt conveyor is analyzed.

belt conveyer；driven approach；frequency conversion control system；technological innovation

TD634

A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：1009-9492（2015）12-0117-03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.12.033

劉智，男，1987年生，河北石家莊人，大學(xué)本科，助理工程師。研究領(lǐng)域：煤礦膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)改造。

（編輯：向飛）

2015-06-05