煤礦皮帶機變頻器變頻技術的應用

王剛

摘 要文章首先對變頻器的技術原理進行簡要介紹，在此基礎上對變頻器變頻技術在煤礦皮帶機中的應用進行論述。期望通過本文的研究能夠對煤礦井下皮帶機運行穩定性的提升有所幫助。

【關鍵詞】煤礦 皮帶機 變頻器

1 變頻器的技術原理

變頻器簡稱VFD，它的核心技術為變頻和微電子技術，歸屬于電力控制設備的范疇，可通過改變電機工作電源的頻率對交流電動機進行控制。常規的變頻器由以下幾個部分組成：整流、濾波、逆變、制動和驅動單元以及檢測單元等。對于傳統的機電設備而言，由于是固定電流，因此設備在運行的過程中，無法進行轉速變換，也就是說，設備始終以一種轉速運行，在這一前提下，能耗較高。變頻技術最為突出的作用就是可以通過對轉速的調節，來改變電流，從而達到節能的目的。變頻器中的各個部件通過相互配合，能夠改變電流頻率，在不改變電壓的情況下，可使半導體的作用得以充分發揮，對機電設備的工作頻率進行轉化，從而使電流頻率具有可變性的特點，在對電流頻率進行變換的同時，可使機電設備的運行能耗隨之降低，這就是變頻器的基本技術原理。

2 變頻器變頻技術在煤礦皮帶機中的應用

在煤礦井下機電設備中，皮帶機是不可或缺的重要組成部分之一，它的運行穩定與否，直接關系煤炭的產量。為在現有的基礎上，進一步提升皮帶機的運行安全性和可靠性，可對變頻器變頻技術進行合理應用。

2.1 皮帶機對變頻器的要求

煤礦皮帶機本身的特殊性使其對變頻器提出了較高的要求，具體體現在如下幾個方面：

（1）需要變頻器有較高的技術指標，起動轉矩應當在2倍以上，并且可在150%額定電流以下保持連續不間斷地運行；要求變頻器的運行速度曲線為S形，加速與減速均應當能夠平滑過渡；可以實現四象限運行，而且還要具備相對完善的數控功能。

（2）要有良好的散熱性能，通常情況下，變頻器采用的是風冷或水冷系統進行散熱，煤礦井下特殊的作業環境對設備有著較高的防爆要求，變頻器的部件需要安裝在防爆腔內，所以無法采用風冷系統對變頻器進行散熱，而水冷系統不便于維護，由此使得變頻器的散熱成為突出的問題，在具體應用時，必須予以解決。

（3）電磁兼容，由于煤礦井下存在大量的機電設備，加之環境惡劣，因此會對變頻器產生較為嚴重的電磁干擾，這就要求變頻器的電磁兼容必須做好，以確保其能夠不受電磁干擾的影響，始終保持穩定的運行能力。

2.2 變頻器選型

在對變頻器進行選型之前，應當按照煤礦批到及對轉速和轉矩的要求，通過計算對最大輸入功率進行確定。當皮帶機的最大輸入功率確定之后，可對電機的額定功率和極數進行選擇，由于電機的極數與同步轉速有著密切的關聯，因此，要求電機的同步轉速應當能夠覆蓋整個調速范圍，而轉矩則可取設備不同工況下的最大轉矩，如起動、運行、過載以及最高速度等工況。隨后可以按照變頻器的輸出功率及額定電流對具體的參數和型號進行確定。由此可以確保所選的變頻器符合煤礦皮帶機的運行要求。當變頻器的參數及型號確定之后，應對其外部的配置予以考慮，熔斷器不可以使用空氣斷路器進行替代，以免造成內部整流元件損壞；電纜應當按照變頻器的功率進行選擇，建議選用四芯屏蔽動力電纜，變頻器與電機之間的動力電纜不宜過長；濾波器可以安裝在輸入側，借此來對逆變輸出電壓尖峰進行抑制，從而確保電機的運行安全，并降低高頻損耗；變頻器與濾波器之間的電纜長度應當控制在3.0m以內。

2.3 變頻器的應用效果

煤礦皮帶機應用變頻器后，除了可以提高運行穩定性之外，還能實現節能的目標。

2.3.1 實現軟起停

通過變頻器對煤礦皮帶機進行驅動，能夠借助電機的慢速啟動帶動皮帶機緩慢起動，從而使皮帶機中存儲的能量得到緩慢釋放，這樣一來，皮帶機在整個起動過程中所形成的張力會大幅度減小，基本上不會對皮帶機造成損害。在皮帶機停車時，可利用變頻器調節速度，由此可減少停車時的沖擊，保證了皮帶機的安全。

2.3.2 確保功率平衡

國內大部分煤礦中使用的皮帶機均為雙滾筒或多滾筒驅動，運行方式為一拖一控，變頻器應用后，可將控制方式變為主從控制，由此能夠使功率達到平衡，從而保證電機的同步性能。

2.3.3 減少維護量

對于變頻器而言，它本身是由電子器件組合而成，其可以將機械設備的壽命轉換為電子器件的壽命，在這一前提下，變頻器可以使皮帶機的維護量隨之減少。具體應用中，變頻器的加入減輕了皮帶機的起動沖擊，機械系統的損耗隨大幅度減少，檢修工作量隨之降低，托輥和滾筒的使用壽命比未應用變頻器之前提高數倍。

2.3.4 節能降耗

為保證煤礦生產作業的有序進行，礦井中使用的電機在設計時都會預留出較大的裕量，但由于絕大多數時間內，電機無法達到滿載運行，從而導致電能損失，這種情況在皮帶機中非常突出。應用變頻器之后，可按負載對皮帶機的速度進行自動調節，電機與減速器之間直接聯系，減少了中間的液力耦合器環節，傳遞效率隨之提升。同時變頻器的穩定功能可以為皮帶機提供穩定的電壓，由此可以達到節能的效果。鑒于變頻器的上述作用，各大煤礦應當對它的應用給予足夠的重視，并在現有的基礎上加大對變頻器的研究力度，解決應用中存在的各種問題，使變頻器的作用獲得充分發揮。

3 結論

綜上所述，煤礦井下皮帶機作為煤炭生產的核心設備，它的運行穩定與否關系重大。為此，可將變頻器變頻技術合理應用到皮帶機當中，隨著變頻器的加入，除了能夠實現皮帶機的軟起停之外，還能使設備維護量有所減少，最為重要的是降低了皮帶機的運行能耗，達到節能的目的。

參考文獻

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作者單位

開灤（集團）有限責任公司蔚州礦業公司單侯礦皮帶隊 河北省張家口市 075700