淺談基于變頻器應用的井下帶式輸送機優化

摘要：把變頻器運用到帶式輸送機運行系統中，不但可以使其對機械、電網和設備的沖擊減輕，而且能夠通過變頻調速、恒轉矩啟動來減輕膠帶啟動和停止時候的運輸負擔，同時膠帶正常運轉時能夠按照實際需求來自動對頻率和運轉速度進行調節，節能效果較好。

關鍵詞：變頻器；帶式輸送機；問題；節能；效果

現在，我國變頻器在煤礦井下大功率電氣中應用不多，但是隨著礦井和井下工作面的不斷發展，大功率電氣設備將會被越來越多的應用，特別是節能好、運距長和運量大的電氣設備，因此，充分確保大功率電氣設備運行勢在必行。本文主要研究了煤礦井下主煤流膠帶運輸系統加裝變頻器設備，其優勢較為顯著，既實現了經濟和社會效益雙贏，同時也使系統所受的機械和電網沖擊減小，所以，值得在其他領域和系統中進行推廣應用。

一、當前煤礦井下帶式輸送機所遇問題

軟啟動開關和電機與減速機中間加設液力耦合器是現在煤礦井下帶式輸送機的兩種啟動方式，前者可以把啟動電流控制在電動機額定電流的三至四倍，但是由于礦井規模擴大，軟啟動的方式已經落伍，而且這兩種的啟動方式都不能實現設備的軟啟動和軟停止。在硬啟動和停止時，不但膠帶機的電機驅動部分會受到沖擊，且電機機械部分也會受到沖擊。受到膠帶儲存的能量釋放出來緣故，使得膠帶承受不住過大的張力而被撕裂或者是撕斷，基于此，煤礦井下帶式輸送機中引入了變頻調速。

二、變頻調速器優勢

第一，運行方式對電網影響不大。啟動時間長了，電流變為額定電流的1.2至1.5倍，轉矩變為額定轉矩的70%-120%，能夠帶全負荷啟動，電流的減小使得對電網電壓波動也減小。

第二，完成了恒轉矩啟動。機械和電機驅動部分的沖擊減少，膠帶啟動平穩，防止了膠帶張力劇變，使膠帶使用期限延長。

第三，對膠帶強度要求降低。引入變頻器的帶式輸送機能夠對其啟動時間進行調整，對膠帶要求沒之前高。

第四，電控系統多種操作方式并行。該系統功能較多，自動、半自動、變頻切換、手動控制、就近操作和遠距離操作等。

第五，控制系統配置高。該系統控制是通過S7-300可編程控制器，同時配以CP343-1型以太網模塊，配置了測控組態軟件，界面人性化，能夠完成數據的實時顯示。另外，可編程控制器預留的I/O余量大于15%，而且配備以太網。

第六，有良好的保護功能以及檢測系統。如果有故障或是停車，系統能夠自動顯示故障位置和類型，方便查找和維修。

三、變頻器應用和節能原理分析

（一）應用

某礦初期設計生產能力為250萬t/a，服務50年。該礦東翼膠帶大巷裝了一部膠帶機，運輸能力為1200t/h，運距為1800米，巷道上山傾角平均3°；西翼也安裝了一部膠帶機，運輸能力為1200t/h，運距為900米；這兩部膠帶機的變頻軟啟動器型號都是QJR1-250 /1140BP，具體參數：輸入電壓1140（660）VAC；輸入頻率50HZ；輸出頻率范圍0-60HZ，其外形是雙開門，大于280kw，冷卻通過水冷加風扇。具體見圖1。

（二）原理

第一，工作原理。變頻器采用的是交-直-交的電路方式，通過電力半導體器件通斷作用，然后把工頻交流電利用整流器轉換成直流電源，最后再把直流電轉換成交流電給電動機，此時的交流電頻率和電壓都可控，進而完成電機變頻調速。具體見圖2。

第二，節能原理。（1）變頻節能。考慮生產的可靠性，機械設計配用動力驅動之初留有富余量。電機滿負荷下不能運行，而滿足動力驅動要求外的多余力矩使得有功功率消耗增加， 就會導致浪費電能，如果壓力偏高，可以使電機運行速度降低，確保恒壓且節能。當電機轉速由N1變至N2時，電機軸功率P變化如公式所示：P2/P1 = （ N2 /N1）3，通過公式可知，電機轉速降低節能效果呈立方級變化。（2）動態調整節能。對負載變動適應，提供最大效率電壓，在變頻調速軟件上設有每秒5000千的測控輸出功能，確保電機輸出高效率運行。（3）變頻自身的V /F節電。當電機輸出力矩一定時，能夠調節V /F曲線，使輸出力矩減少，輸入電流降低，以此節能。（4）自帶軟啟動節能。當電機全壓啟動，會從電網吸收大量電機額定電流，這不僅浪費電流，而且也損害電網的電壓波動，線損和變損都增加；但是采用軟啟動就可以避免上述情況發生。（5）提高功率因數節能。電動機由于定子和轉子繞組通過電磁作用產生力矩，繞組具有感抗作用，阻抗為感性，電機運轉時吸收較多無功功率，使得功率因數很低，而變頻節能調速器的應用可以令其性能變為AC—DC—AC，經過整流濾波負載發生特性的改變。變頻調速器對電網阻抗特性呈阻性，因此，使得功率因素較高，無功損耗減少。

四、運行效果

第一，節能。雖然液力耦合器前期投資少，但是變頻調速整體優勢要大于液力耦合器，節能方面，膠帶總電機功率為1420KW，應用變頻器后效果良好，之前月均用電量318790kWh，之后月均用電量261510kWh，對應節約電費34367元，全年節約電費41.24萬元。

第二，膠帶的使用壽命得到延長，能延長兩年，大概節約16萬元。

五、結語

當前煤礦規模不斷擴大，大功率、高效能的電氣設備也逐漸增多，變頻器應運而生，而且應用越來越廣泛，其不但具有電制動、正反轉切換、大負載啟動、節能效果較好等優點，而且易控制、無電力污染、功能可調，值得在其它工業生產領域推廣應用。

作者簡介：常旭（1992.10—），男，漢，籍貫：河南.鞏義，畢業于河南理工大學，本科。endprint