綜采工作面刮板輸送機(jī)電控裝置的應(yīng)用

張健，苗向民

(華亭煤業(yè)集團(tuán) 新窯煤礦有限責(zé)任公司，甘肅 崇信 744100)

0 引言

新窯煤礦位于甘肅省崇信縣新窯鎮(zhèn)，隸屬華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司。礦井為一井一面生產(chǎn)格局，單水平上下山開(kāi)拓，采用走向長(zhǎng)壁綜采放頂開(kāi)采方法和全部垮落法管理頂板。由于礦井所采煤層硬度系數(shù)較低，在綜采工作面采煤機(jī)進(jìn)刀或刮板輸送機(jī)推移過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)煤壁片幫，造成刮板輸送機(jī)上煤量過(guò)大、刮板鏈卡死等惡劣情況，導(dǎo)致其意外過(guò)載和頻繁停機(jī)；同時(shí)由于煤塵、巖塵、水、泥和拉回煤的影響，造成刮板輸送機(jī)鏈條及刮板摩擦力增大，刮板輸送機(jī)運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的沖擊和刮卡。故刮板輸送機(jī)的啟動(dòng)運(yùn)行一直是困擾礦井正常生產(chǎn)的難題，因此，新窯煤礦一直致力于刮板輸送機(jī)電控裝置的改進(jìn)。

1 4503工作面設(shè)備配置分析

4503工作面采用SGZ730/2×160型中雙鏈刮板輸送機(jī)，配置YBSD-160/80-4/8型礦用隔爆型雙速三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，配套1臺(tái)QBZ-6×200/1140(660)ZH礦用隔爆型組合真空電磁啟動(dòng)器進(jìn)行啟停控制。

組合真空電磁啟動(dòng)器額定電壓為1 140 V，電動(dòng)機(jī)高低速額定電流為98/63A。在刮板輸送機(jī)空載和重載情況下，組合真空電磁啟動(dòng)器顯示的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流可達(dá)額定電流的4～7倍，供電距離較遠(yuǎn)的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流可達(dá)額定電流的8～10倍。從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩降低，造成難啟動(dòng)的工作現(xiàn)狀。同時(shí)電動(dòng)機(jī)低速向高速轉(zhuǎn)換時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較高的電流峰值，對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。且高低速切換依賴人工操作，過(guò)載保護(hù)能力差，啟動(dòng)電流大，過(guò)電流保護(hù)能力不足。因此，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用分析，傳統(tǒng)的雙速三相異步電動(dòng)機(jī)配套組合真空電磁啟動(dòng)器的控制方式，已不適用于現(xiàn)在功率逐漸增大的工作面刮板輸送機(jī)。

2 5401工作面設(shè)備配置分析

5401工作面采用SGZ764/2×315型中雙鏈刮板輸送機(jī)，配置YBSD-315/160-4/8型礦用隔爆型雙速三相異步電動(dòng)機(jī)。刮板輸送機(jī)電控裝置先后使用1臺(tái)QJR1-4×400/1140(660)-4型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流真空組合軟啟動(dòng)器和2臺(tái) BPJ1-400/1140G型刮板輸送機(jī)用隔爆兼本質(zhì)安全型交流變頻器，并配套2臺(tái)DKB-250/1140L型礦用隔爆型濾波電抗器進(jìn)行啟?？刂啤?/p>

實(shí)際應(yīng)用中，組合軟啟動(dòng)器回路采用3對(duì)反并聯(lián)晶閘管和智能化模糊控制技術(shù)，通過(guò)電流的閉環(huán)調(diào)節(jié)來(lái)完成調(diào)壓?jiǎn)?dòng)控制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停止[1-2]。在電動(dòng)機(jī)空載、半載、滿載的情況下，啟動(dòng)器均能平穩(wěn)啟動(dòng)。具備4種軟啟動(dòng)方式：一是調(diào)壓?jiǎn)?dòng)方式,啟動(dòng)器接到啟動(dòng)信號(hào)后，在限定的時(shí)間內(nèi)輸出電壓從初始值線性增長(zhǎng)到額定電壓；二是限流啟動(dòng)方式,根據(jù)負(fù)載電動(dòng)機(jī)的電流狀態(tài)，使被控電動(dòng)機(jī)的端電壓非線性增大，依電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓特性運(yùn)行；三是限流+突跳啟動(dòng)方式,檢測(cè)負(fù)載電動(dòng)機(jī)的電流狀態(tài)，當(dāng)電流達(dá)到4Ie時(shí)，進(jìn)行500 ms的全壓突跳啟動(dòng)然后轉(zhuǎn)限流啟動(dòng)方式；四是調(diào)頻啟動(dòng)方式,在降低電動(dòng)機(jī)定子電壓的同時(shí)，使電動(dòng)機(jī)處于調(diào)頻工作狀態(tài)，使啟動(dòng)力矩達(dá)到被控電動(dòng)機(jī)額定力矩的1.4倍，同時(shí)使啟動(dòng)電流小于4倍電動(dòng)機(jī)的額定電流，啟動(dòng)一段時(shí)間后再以限流啟動(dòng)方式控制輸出電壓。

軟啟動(dòng)器額定電壓為1 140 V，正常情況軟啟動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)高速繞組，額定電流為192 A，在刮板輸送機(jī)空載和重載情況下，軟啟動(dòng)器顯示的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流值一般為額定電流的3～4倍，相比較組合真空電磁啟動(dòng)器，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流大大降低[3]。雖然軟啟動(dòng)器可直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)高速繞組，但啟動(dòng)電流仍較高，若驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)低速繞組，依賴人工操作，仍給正常生產(chǎn)帶來(lái)了不便，啟動(dòng)性能較差，設(shè)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到全速，不能完全實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，不能有效解決重載啟動(dòng)問(wèn)題，故決定更換為變頻器。

變頻器變頻調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的，即把工頻電源(50 Hz)通過(guò)整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件(GTO、GTR 或 IGBT)組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，采用微處理器編程的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)方法，使輸出波形近似正弦波，用于驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速[4-5]。其變頻器額定電壓為1 140 V，變頻器直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)高速繞組，額定電流為192 A，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流一般在0～30 A左右，變頻器可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷變化，調(diào)整電動(dòng)機(jī)的工作頻率，達(dá)到所需的轉(zhuǎn)速與扭矩，在刮板輸送機(jī)輕載及重載的情況下，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流值均較低。同時(shí)變頻器可與現(xiàn)場(chǎng)傳感器設(shè)備形成閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)重載軟啟動(dòng)、軟停車和運(yùn)行過(guò)程中的變頻調(diào)速控制，具有低啟動(dòng)電流、平穩(wěn)的啟動(dòng)速度、可調(diào)的啟動(dòng)時(shí)間、對(duì)電網(wǎng)的沖擊小、輸出力矩大等優(yōu)點(diǎn)。

但變頻器運(yùn)行過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題[6]:一是變頻器中的非線性整流器件產(chǎn)生諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，影響電網(wǎng)供電質(zhì)量；二是變頻器的輸出部產(chǎn)生的電磁輻射干擾，影響周邊電氣設(shè)備的正常工作。雖然每臺(tái)變頻器均配備了1臺(tái)濾波電抗器，但仍對(duì)附近電網(wǎng)造成一定影響，尤其是對(duì)控制系統(tǒng)影響較大，易造成信號(hào)失真和錯(cuò)誤(因工作面條件受限，控制通信線纜與動(dòng)力電纜間距離小)。所以，應(yīng)用變頻器的同時(shí)，必須采取減少或削弱變頻器諧波及電磁輻射的措施，必要時(shí)需單獨(dú)配置移動(dòng)變電站，既要考慮效果，又要考慮價(jià)格因素，還要因現(xiàn)場(chǎng)情況而定，從一定程度上增加了生產(chǎn)成本和人員勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)變頻器運(yùn)行方式為一托一，即1臺(tái)刮板輸送機(jī)需配置2臺(tái)變頻器和2臺(tái)濾波電抗器。由于新窯煤礦工作面煤層較軟、頂板易下沉，單臺(tái)變頻器和濾波電抗器尺寸較大，占用空間大，給現(xiàn)場(chǎng)安全管理帶來(lái)了困難。

3 5501工作面設(shè)備配置分析

磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)為定轉(zhuǎn)子雙凸極 12/8 齒結(jié)構(gòu)，定子齒上有集中繞組，每4個(gè)齒的繞組相連接，構(gòu)成三相繞組，轉(zhuǎn)子材料與定子相同，不含鋁或其他金屬材料，沒(méi)有鼠籠結(jié)構(gòu)，機(jī)械強(qiáng)度高[7-9]。當(dāng)某相繞組通電時(shí)，將產(chǎn)生1個(gè)使鄰近轉(zhuǎn)子齒與該相繞組軸線相重合的電磁轉(zhuǎn)矩，順序?qū)Ω飨嗬@組通電，則可使轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。改變通電次序，可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向，控制該電流的大小和通斷電時(shí)刻，可以改變轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的低速、中速、高速采用不同的控制方式，開(kāi)關(guān)頻率低，效率高，對(duì)外干擾小。

磁阻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)額定電壓為1 140 V，電動(dòng)機(jī)額定電流為130 A，開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速器為一拖一運(yùn)行方式。在刮板輸送機(jī)空載和重載情況下，開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速器顯示的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流值一般為10～30 A，最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)2倍額定轉(zhuǎn)矩。磁阻調(diào)速系統(tǒng)可根據(jù)刮板輸送機(jī)啟動(dòng)負(fù)載的大小調(diào)節(jié)啟動(dòng)時(shí)間，在需要重載啟動(dòng)場(chǎng)合具有很大的優(yōu)勢(shì)，且無(wú)電網(wǎng)與機(jī)械沖擊。采用開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速系統(tǒng)，可隨負(fù)載變化實(shí)時(shí)快速調(diào)節(jié)刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度，速度調(diào)節(jié)范圍為400～1 500 r/min，可較好適應(yīng)采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)多變的情況。在額定轉(zhuǎn)速和不同負(fù)載下都具有較高的系統(tǒng)效率，可減少刮板輸送機(jī)輕載狀態(tài)下的磨損和大煤量時(shí)轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)過(guò)載等故障。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)4503、5401、5501綜采工作面設(shè)備配置的技術(shù)分析，探索出真正適用于工作面刮板輸送機(jī)的電控裝置為磁阻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，不僅能滿足多種工況的要求，而且實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。