變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用

摘要： 在煤炭行業(yè)，帶式輸送機(jī)已經(jīng)成為主要的生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備。為了滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要和擴(kuò)大規(guī)模等問(wèn)題，帶式輸送機(jī)在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇上都會(huì)留有較大的冗余度。由于煤礦開采的不均衡性，輸送機(jī)的運(yùn)量不能保持穩(wěn)定，導(dǎo)致帶式輸送機(jī)運(yùn)量不足，經(jīng)常處于“大馬拉小車”的狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)； 變頻調(diào)速； 節(jié)能

前言

眾所周知，煤炭企業(yè)是耗電大戶，其電耗成本占其生產(chǎn)成本相當(dāng)大的比例。在煤礦企業(yè)中，由于生產(chǎn)設(shè)備一般滿足服務(wù)年限長(zhǎng)的特點(diǎn)，選型較大造成大馬拉小車的現(xiàn)象，電能浪費(fèi)嚴(yán)重，設(shè)備運(yùn)行效率往往都比較低。

對(duì)于煤礦生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，電耗所占比例相當(dāng)大，根據(jù)調(diào)查，風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、提升絞車、瓦斯抽放設(shè)備的用電量占整個(gè)煤礦生產(chǎn)用電量的40%以上。但是有很大一部分電能是白白浪費(fèi)掉的。如果采用擋板、閥門來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)往往造成比較大的浪費(fèi)，而采用電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，這樣可以節(jié)省20%～50%左右，自然可能產(chǎn)生巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。對(duì)于大負(fù)荷電機(jī)來(lái)說(shuō)，往往啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、電流大，設(shè)備絕緣強(qiáng)度受到嚴(yán)重影響，容易燒毀大功率電動(dòng)機(jī)。并且啟動(dòng)時(shí)對(duì)機(jī)械部分設(shè)備沖擊較大，往往造成較為嚴(yán)重的機(jī)械損傷。

所以說(shuō)，這樣不僅僅增加了設(shè)備維修成本，而且對(duì)于電網(wǎng)安全造成很大沖擊。控制工藝單一，同時(shí)實(shí)時(shí)性較差，自動(dòng)化程度低。

1.變頻調(diào)速技術(shù)的原理

交流變頻調(diào)速技術(shù)是微機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)的綜合應(yīng)用，是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，其基本原理是通過(guò)整流橋?qū)⒐ゎl交流電壓變?yōu)橹绷麟妷海儆赡孀兤鬓D(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，使電動(dòng)機(jī)獲得無(wú)級(jí)調(diào)速所需的電壓和電流，是一種無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式之一。變頻調(diào)速技術(shù)之所以在能源危機(jī)中應(yīng)運(yùn)而生，就是因?yàn)樗芨鶕?jù)電機(jī)負(fù)載的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、平滑的增速、減速，從而大幅度提高工作效率。

2.變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的具體應(yīng)用

2.1.帶式輸送機(jī)在煤礦生產(chǎn)中的節(jié)能問(wèn)題

帶式輸送機(jī)作為煤礦運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備被大量采用，隨著煤礦高產(chǎn)高效工作面的發(fā)展，長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、高速帶式輸送機(jī)越來(lái)越多的被設(shè)計(jì)、制造并投入運(yùn)行。這些大型機(jī)種的使用，使輸送機(jī)存在的沖擊載荷大、驅(qū)動(dòng)電機(jī)出力不均而導(dǎo)致電機(jī)過(guò)載等問(wèn)題更加尖銳地暴露出來(lái)。皮帶機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行方式為繞線電機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組降壓?jiǎn)?dòng)后工頻運(yùn)行，經(jīng)液力耦合器切換至皮帶機(jī)。皮帶機(jī)的工作原理是皮帶機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪轂，靠摩擦力牽引皮帶運(yùn)動(dòng)，皮帶通過(guò)張力變形和摩擦力帶動(dòng)物體在支撐輥輪上運(yùn)動(dòng)。

因此對(duì)帶式輸送機(jī)的起動(dòng)和運(yùn)行提出下列要求：如果電機(jī)直接重載起動(dòng)時(shí)，要求電源提供比正常運(yùn)行時(shí)大6-7倍的電流，這樣電機(jī)就會(huì)因電流過(guò)大和起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而過(guò)熱燒毀；電網(wǎng)會(huì)因大電流使電壓過(guò)分降低而影響其它設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)；所以要求新型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠降低電機(jī)起動(dòng)時(shí)的電流。目前大型帶式輸送機(jī)都要求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能提供可調(diào)、平滑的、無(wú)沖擊的起動(dòng)力矩，以減小沖擊，從而改善對(duì)整機(jī)的受力狀況，延長(zhǎng)整機(jī)的壽命，提高設(shè)備的可靠性，即希望實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)。長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)，如果起動(dòng)過(guò)快，拉緊裝置就來(lái)不及拉緊，使得傳動(dòng)滾筒打滑，導(dǎo)致發(fā)熱著火。

綜上所述，要求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠自適應(yīng)起動(dòng)、運(yùn)行、停車工況的要求，使帶式輸送機(jī)起停平穩(wěn)、運(yùn)行高效、驅(qū)動(dòng)平衡、工作安全可靠。然而，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)煤礦采用液力耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)，在啟動(dòng)時(shí)調(diào)整液力耦合器的機(jī)械效率為零，使電機(jī)空載啟動(dòng)。

2.2.變頻調(diào)速技術(shù)在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用

帶式輸送機(jī)中的變頻調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)由可編程序控制器PLC、變頻器、電流互感器、電流變送器、核子皮帶秤、帶速傳感器和電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器等組成，具體可歸納為檢測(cè)單元、控制單元和執(zhí)行單元三部分。

檢測(cè)單元：電流互感器及變送器取得電機(jī)電流信號(hào)。帶速傳感器采集的帶速信號(hào)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。

控制單元：當(dāng)PLC接收到檢測(cè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)判斷決策，完成帶式輸送機(jī)的起動(dòng)、功率平衡、節(jié)能調(diào)速功能。同時(shí)主控單元還具有斷帶、堆煤、撕帶、煙霧、打滑、溫度等故障保護(hù)功能。

執(zhí)行單元：變頻器接收到PLC的頻率控制信號(hào)，按給定信號(hào)輸出相應(yīng)頻率的電壓加至電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速，完成帶式輸送機(jī)的各種功能。

系統(tǒng)的功率因數(shù)在整個(gè)過(guò)程中達(dá)0.9以上，大大節(jié)省了無(wú)功功率。采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，使系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力偶合器驅(qū)動(dòng)的效率高5%～10%系統(tǒng)效率。改造后系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)載變化情況自動(dòng)調(diào)整輸出頻率和輸出力矩，改變了以前電機(jī)工頻恒速運(yùn)行的模式，在很大程度上節(jié)約了電力能源消耗。

經(jīng)實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，使用高壓變頻器的皮帶機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：

2.2.1.高壓變頻器具有高可靠性、穩(wěn)定性、防護(hù)性；

2.2.2.高壓變頻器能夠?qū)?臺(tái)電機(jī)的同軸同步軟啟動(dòng)，軟停止功能。起動(dòng)、停止能按所設(shè)定的皮帶特性曲線運(yùn)行。在運(yùn)行過(guò)程中能夠自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)和功率平衡調(diào)節(jié)；

2.2.3. 變頻器的輸出力矩不小于電動(dòng)機(jī)額定力矩，可使電機(jī)能輸出超過(guò)額定起動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩。滿足負(fù)載變化大的承受能力和煤炭壓帶時(shí)的再起動(dòng)的能力；

2.2.4.滿足煤礦電控系統(tǒng)的功能接口和監(jiān)控要求；

2.2.5.皮帶運(yùn)輸機(jī)在煤量不大和在安裝皮帶的情況下要求降速運(yùn)行，不需要滿負(fù)荷運(yùn)行。利用高壓變頻器根據(jù)實(shí)際情況對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，既符合工藝要求，又達(dá)到節(jié)能降耗目的；

2.2.6.變頻器啟動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，無(wú)沖擊，體積小，好搬運(yùn)；

2.2.7.電機(jī)滿載時(shí)，變頻調(diào)速系統(tǒng)效率≧96%；

2.2.8.變頻器輸入側(cè)功率因數(shù)≧95%（大于20%負(fù)載時(shí)）；

3.結(jié)語(yǔ)

總之，變頻器在煤礦的應(yīng)用已經(jīng)取得了良好的效果，隨著新型電力電子器件的發(fā)展及性能的不斷提高，變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦生產(chǎn)的應(yīng)用會(huì)發(fā)揮更大作用，取得更加顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

作者簡(jiǎn)介：

朱明生（1966-）男，甘肅涇川人，機(jī)電工程師，現(xiàn)任甘肅省華亭煤業(yè)集團(tuán)馬蹄溝煤礦機(jī)電副總工程師，主要研究方向?yàn)槊旱V機(jī)電。