煤礦主皮帶運輸系統(tǒng)中變頻調(diào)速的應用

＊李曉晉

（山西汾西中興煤業(yè)有限責任公司 山西 030500）

變頻調(diào)速技術(shù)，具體來說便是優(yōu)化交流電電動機，使得調(diào)速的目標得以實現(xiàn)。變頻調(diào)速有一定的環(huán)保性，不會消耗大量的能源資源，且調(diào)速較為簡單，故障發(fā)生率低。所以，該項的技術(shù)的應用，在煤礦主皮帶運輸系統(tǒng)中有著廣泛的應用。煤礦企業(yè)針對不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，都會使用相應功率的電動機，其類型包括提升機、各類型運輸機、掘進設備和采煤設備等。其中，提升機對于變頻調(diào)速的應用十分關(guān)鍵，是保障運輸過程的關(guān)鍵原件?，F(xiàn)在，因為科技力量的進步，變頻調(diào)速技術(shù)更加成熟，所以起到的價值作用更加突出。

1.煤礦主皮帶運輸系統(tǒng)

煤礦主皮帶運輸系統(tǒng)，具體來說便是利用皮帶的無極運動對物料進行運輸?shù)囊环N機械設備。皮帶運輸系統(tǒng)的優(yōu)勢為，具有很長的運輸距離且運輸能力比較強，無較大的工作阻力，安全便捷，也不需要耗費大量的電能資源[1]。但是，在煤礦中對其應用時有明確的規(guī)定，如應用在傾斜巷道中，有著嚴格的要求，例如：向上運輸時，傾角不能超過18°，一旦大于18°時，貨物下滑的情況會比較嚴重，甚至無法運輸貨物。主皮帶運輸系統(tǒng)的驅(qū)動裝置主要由電機、液力耦合器、減速器、聯(lián)軸器等組成。液力耦合器會將動力源（通常是發(fā)動機或電機）與工作機有效連接，之后利用液體動量矩的變化傳遞力矩的液力傳動裝置。結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。但隨著技術(shù)的提升，發(fā)現(xiàn)了液力耦合器的缺點和不足，需要進行改造?，F(xiàn)在，應用變頻調(diào)節(jié)，使得液力耦合器存在的不足得以改善，不但節(jié)約了能源資源，還提升了工作效率，幫助企業(yè)增加經(jīng)濟收益[2]。

圖1 液力耦合器結(jié)構(gòu)簡圖

2.變頻調(diào)節(jié)技術(shù)原理以及優(yōu)勢分析

如果變頻調(diào)速并沒有太大的數(shù)據(jù)變化，那么電動機當中的轉(zhuǎn)速與電源功率變數(shù)屬于正比關(guān)系。在該過程當中，如對電動機電源頻率進行均勻改變，便可以使電動機平穩(wěn)運行的效果實現(xiàn)。變頻調(diào)速，需要借助零件轉(zhuǎn)化固定的電流頻率，使其成為可以進行調(diào)節(jié)的電流裝置。在大部分煤礦運輸系統(tǒng)中，都會對電氣傳動系統(tǒng)進行配置。該系統(tǒng)會利用切換電機轉(zhuǎn)子形式，實現(xiàn)調(diào)速的目標。其中，調(diào)速的方法并不困難，但是不能滿足最佳的調(diào)速性能效果，還會對大量的電能資源進行消耗，所以電機轉(zhuǎn)阻電子不能將能源的價值充分發(fā)揮出來。變速調(diào)速屬于一種無極調(diào)速，并沒有十分繁雜的操作，能使系統(tǒng)的運行非常穩(wěn)定并保障安全，也不會對大量的電能進行消耗，在對資源能源進行節(jié)約的基礎之上，有利于企業(yè)實現(xiàn)環(huán)保的目標。在啟動時，只有較小的電流產(chǎn)生，也不會過多的影響電動機，進而使電機設備得到良好保護。因此，變頻調(diào)速在目前的煤礦主皮帶運輸系統(tǒng)當中，有著廣泛的應用，也是未來的發(fā)展趨勢。

3.變頻調(diào)速以及液力耦合器對比分析

煤礦主皮帶運輸系統(tǒng)與其他運輸設備相比較，皮帶自身具有彈性，無論處于哪種狀態(tài)下，都有相應的能力產(chǎn)生。在運行主皮帶運輸系統(tǒng)時，如果強硬啟動，便會瞬間拉長皮帶，以至于張力對機械產(chǎn)生損傷，引發(fā)皮帶變形以及斷裂現(xiàn)象。因此，在規(guī)定中明確提出，在啟動主皮帶運輸系統(tǒng)時，一定要對軟啟動進行配置。經(jīng)過大量的研究證明，在大部分主皮帶運輸系統(tǒng)中，對于軟啟動設備的配置，采用的都是液力耦合劑，盡管該項裝置可以對主皮帶的穩(wěn)定運行給予保障，但與變頻調(diào)速相比較存在的不足還有很多[3]。

(1)啟動性能比較

在啟動主皮帶運輸系統(tǒng)時，會有相應的電流出現(xiàn)，因此有電能負荷，這便會影響機械設備。如影響的時間比較長，還會引發(fā)電動機故障，使其發(fā)生損壞。應用液力耦合器，能夠使熱啟動速度降低，但不能使電流變化有所改變。在對電流啟動時，電流為規(guī)定的5倍，一旦瞬間啟動，便會快速提升電動機內(nèi)部的熱應力，使電動機械發(fā)生嚴重損傷。此外，瞬間增大電流，還會對電壓造成很大影響，其他設備也無法正常運行。借助變頻調(diào)速，可以將這些問題有效減少，在保證穩(wěn)定運行電動機的過程中，對啟動功率開啟控制，不僅不會造成不利影響，還會使用電配額降低[4]。

(2)調(diào)節(jié)控制以及運行狀態(tài)比較

液力耦合器會有較長的指令響應時間，且沒有非常高的調(diào)速精度，所以動態(tài)調(diào)節(jié)無法實現(xiàn)，但是變頻調(diào)速可以使動態(tài)調(diào)節(jié)更加精準的完成，結(jié)合具體的要求，實現(xiàn)可控調(diào)節(jié)速度的目標。液力耦合劑并沒有非常復雜的結(jié)構(gòu)，只是不能對管理效果給予保障，在長期使用之后，最常見的問題便是溫度過高，所以后期有較高的維護頻率，一旦在運行時有問題產(chǎn)生，便需要將運行即刻停止，因此會對生產(chǎn)效率產(chǎn)生不良影響。變頻調(diào)節(jié)運行十分穩(wěn)定，維修量較少，對于生產(chǎn)環(huán)境也沒有太高的要求。

(3)節(jié)能效果比較

變頻調(diào)節(jié)有著理想的節(jié)能性，這是因為在使用設備時，輸出功率并不會對其產(chǎn)生影響，即使在較低的輸出功率環(huán)境下，也可以有非常高的工作效率。但是液力耦合器在工作時會依照電動機轉(zhuǎn)速開展工作內(nèi)容，如果降低轉(zhuǎn)動機轉(zhuǎn)速，便會減少工作效率。所以經(jīng)過對比分析發(fā)現(xiàn)，變頻調(diào)速可以對大量的能源資源進行節(jié)約，幫助企業(yè)提升經(jīng)濟收益。

4.變頻調(diào)速應用在煤礦主皮帶運輸系統(tǒng)中的措施分析

某煤礦針對主皮帶變頻系統(tǒng)進行了改造，如圖2所示。

圖2 主皮帶變頻系統(tǒng)改造

該煤礦應用變頻調(diào)速系統(tǒng)，對6.6kV的變頻器輸出電壓進行配置，該變頻器與電動機有著700m左右的距離，本身額定電壓為6kV。此外，在主皮帶運輸系統(tǒng)當中，會對1600kW功率的電動機進行安裝，數(shù)量為三臺，有兩臺屬于同軸聯(lián)結(jié)，另一臺需要就近安裝。同時，還會對相符合的PLC控制系統(tǒng)進行配置，應用“一拖一方”的形式開展運行工作。為了對變頻器運行的穩(wěn)定性給予保障，將其一致于電動機的速度，可使皮帶的啟動更加平穩(wěn)。

在對變頻調(diào)速應用之后發(fā)現(xiàn)該系技術(shù)的優(yōu)勢包括：其一，可以幫助企業(yè)對大量的資源能源進行節(jié)約，每一年都會節(jié)省大量的資金額度；其二，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的運行穩(wěn)定性非常強，無論是輸出功率還是輸入功率都十分穩(wěn)定，為高精度驅(qū)動，且設備沒有較大的體積，安裝時也不復雜，配置較為簡單，可對管理效率充分的保障；其三，針對電網(wǎng)波動有極強的適應性，即便在運行時降低電壓，也能保證正常的工作運行[5]。

5.變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢分析

結(jié)合當前的發(fā)展情況來看，電動機對于電能資源能源的浪費非常大，占總體的60%。不但不能節(jié)約資源能源，還會對煤炭行業(yè)的未來發(fā)展造成不利影響。其中，應用變頻調(diào)節(jié)設備可以對電能進行節(jié)約，避免浪費問題，無論是新建設的項目還是對舊項目進行改造，應用變頻調(diào)節(jié)設備起到的現(xiàn)實意義都非常突出[6]。

在應用電動機時，需要對電量、電機型號、負荷能力等眾多層面綜合考量，所以一般設計的電動機為低效運行狀態(tài)，在這樣的狀態(tài)下電動機會對拖動系統(tǒng)的工作效率產(chǎn)生很大影響。但是，將變頻調(diào)節(jié)設備應用在電動機當中，可將其分為節(jié)能、牽引以及工藝等類型，無論應用哪種類型，都能使節(jié)能效果充分提升。

6.結(jié)語

總之，變頻調(diào)速技術(shù)的應用，有著廣闊的應用前景，在當前工業(yè)生產(chǎn)中被逐步推廣應用。煤炭企業(yè)中，對于大功率電機的應用次數(shù)會非常多，借助變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，有益于強化電動機的功能效率，減少對能源資源的消耗，且應用之后的維修次數(shù)也有所減少?，F(xiàn)在，在變頻技術(shù)有了更高的發(fā)展之后，因為技術(shù)有所創(chuàng)新和提升，將變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應用在煤炭企業(yè)，可充分利用其優(yōu)勢對工況點進行改善，有益于煤炭企業(yè)經(jīng)濟效益的提升，保障未來的發(fā)展和建設。