煤礦膠帶輸送機變頻調速系統技術改造的設計與實際應用

馬永衛

摘 要：變頻調速技術是通過改變電動機電源頻率實現速度調節，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。隨著我國社會經濟的不斷進步，煤礦生產也在進行著高速的發展與更新，長距離、大運量、大功率膠帶輸送機在煤礦上的使用量也越來越多。大型膠帶輸送機需要良好的驅動方式。將變頻調速技術應用于煤礦膠帶輸送機的設計與改造，可以實現力矩與速度控制功能，提高大型煤礦膠帶輸送機的安全性能和穩定性。本文從采用變頻調速技術設計改造煤礦膠帶輸送機的重要意義入手，對煤礦膠帶輸送機變頻調速系統技術的工作原理和實際應用加以系統分析。

關鍵詞：膠帶輸送機 變頻調速 改造 設計 應用

中圖分類號：X830 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（a）-00-02

煤是最主要的固體燃料，是可燃性有機巖的一種。煤礦是人類在富含煤炭的礦區開采煤炭資源的區域，一般分為井工煤礦和露天煤礦。數據顯示，在我國，全國登記在冊的生產煤礦高達3900余處，年產能30多億噸，廣泛分布于26個省區。

煤流運輸是煤礦生產過程中的重要環節。為了充分保證煤礦運輸系統安全可靠運行，對應用極為廣泛的膠帶輸送機進行變頻調速技術改造具有十分重要的意義。本文立足煤礦生產實際，從煤礦膠帶輸送機的結構特征分析入手，對膠帶輸送機變頻調速系統技術改造的設計原理、重大意義與實際應用進行簡要探索[1]。

1 變頻調速技術應用于煤礦輸送機系統的重要意義

對于一臺煤礦膠帶輸送機，其牽引力傳遞能力的大小，決定于膠帶的張力、膠帶在傳動滾筒上的圍包角和膠帶與傳動滾筒之間的摩擦系數。要保證膠帶輸送機的膠帶在傳動滾筒上不打滑，正常運行，在生產實踐中要根據不同情況采取相應的控制措施。在這樣的實踐要求下，變頻調速技術的應用便成為一個首要選擇。變頻調速技術擁有良好的物質基礎、理論基礎與技術環境，應用于煤礦膠帶輸送機具有以下幾方面重要意義。

1.1 控制啟動電流，平衡電機功率

煤礦膠帶輸送機通常必須配備較大富余量，但由于負荷不斷變化以及運行時間較長，膠帶輸送機長期處于欠載運行狀態，造成電能浪費。因此，根據膠帶輸送機的負荷調整運行速度是必要措施。變頻調速可以在零速零電壓啟動，帶動煤炭負載進行輸送工作和變頻調速，充分降低電機電流，同時在最大程度上消除電壓下降，避免導致同一供電網絡中的電壓敏感設備故障跳閘或工作異常。同時，通過調節變頻器輸出的驅動電機的電流差值大小可以調整每臺電機的轉速差值，各電機電流值逐步趨于平衡，達到功率的動態平衡[2]。

1.2 控制加速功能，平穩載重起動

膠帶輸送機在起動過程中對電機或相連機械部分都會產生劇烈的振動，這種振動將會進一步加劇機械磨損，降低機械部件和電機的使用壽命。而變頻調速系統可以實現零速起動，并且可以按照控制輸送需要進行光滑地直線或曲線選擇性加速，在煤礦生產運輸煤炭過程中任意時刻，均可以隨時立即停車和重新起動。

1.3 轉矩極限可調，皮帶帶強降低

變頻調速系統可以設置相應的轉矩極限避免機械損耗，特別是在膠帶輸送機過載時自動停止，保護皮帶。變頻器驅動還可以調節起動時間，降低對皮帶帶強的要求，降低膠帶輸送設備的初期投資[3]。

2 煤礦輸送機變頻調速系統技術的工作原理及實際應用

2.1 煤礦輸送機變頻調速系統技術的工作原理

變頻調速系統的控制方式包括V/F、矢量控制（VC）、直接轉矩控制（DTC）等幾種。V/F控制主要應用在低成本、性能要求較低的場合；而矢量控制的引入，則開始了變頻調速系統在高性能場合的應用。近年來隨著半導體技術的發展及數字控制的普及，矢量控制的應用已經從高性能領域擴展至通用驅動及專用驅動場合，乃至變頻空調、冰箱、洗衣機等家用電器。交流驅動器已在工業機器人、自動化出版設備、加工工具、傳輸設備、電梯、壓縮機、軋鋼、風機泵類、電動汽車、起重設備及其它領域中得到廣泛應用。隨著半導體技術的飛速發展，MCU的處理能力愈加強大，處理速度不斷提升，變頻調速系統完全有能力處理復雜的任務，實現復雜的觀測、控制算法，傳動性能也因此達到前所未有的高度。而現在變頻驅動主要使用PWM合成驅動方式，這要求其控制器有很強的PWM生成能力。

完整的煤礦膠帶輸送機變頻調速系統包括變頻主體、電抗器等重要部分及其他必要元器件。變頻調速是通過改變電源頻率調節電機轉動速度，電源頻率與電機轉動速度呈正相關關系。其工作原理是通過找到系統固定頻率值，而后適當改變系統運行頻率，達到控制電機轉動速度的目的[4]。

2.2 煤礦輸送機變頻調速系統技術的實際應用

變頻調速技術在煤礦膠帶輸送機工作的各個階段，均能規避電能及皮帶設備的損耗。變頻調速技術的應用勢在必行。

（1）軟啟動。通過變頻調速技術驅動煤礦輸送機，其軟啟動功能大大提高電機轉速的控制精度，帶動煤礦膠帶輸送機同步緩慢啟動，有效降低膠帶張力波造成的沖擊力破壞。

（2）平衡功率。煤礦輸送機變頻調速系統采取一拖一的控制方式，保證膠帶運輸中要求的線速度、轉動力矩一致，達到功率平衡性要求。

（3）調速節能。煤礦輸送機變頻調速系統能夠實現輸送機根據負載變化自動調整運行速度，減少設備部件磨損，延長輸送機使用壽命，成本節約效果明顯。

此外，煤礦輸送機變頻調速系統在實際應用過程中會存在一定問題。首先，電解電容會引起主回路電解電問題，因此在膠帶輸送機變頻調速系統安裝時要嚴格控制設備溫度，減少脈動電流；其次，線路上的負荷容易導致變頻器出現故障，從而導致主回路過電流跳閘，這種情況下，應當通過對往期跳閘的電流的查詢與統計分析，準確判斷問題發生部位。最后，會出現控制回路問題的發生，因此要做好相應的預防處理，并定期對電源電路板進行規范檢查，及時處理存在問題[5]。

3 結語

在煤礦生產的發展過程中，合理選擇大型膠帶輸送機的驅動方式是至關重要的環節。綜上所述，采取變頻調速技術對煤礦膠帶輸送機加以設計改造，對傳統的煤礦膠帶輸送機的性能有極大的改善，能夠實現可調、平滑且無沖擊的啟動力矩，減小膠帶輸送機在運行過程中的沖擊力和張力，全面改善膠帶輸送機整體的受力狀況，延長機器的使用壽命，從而保護電網免受沖擊，減少膠帶輸送機運行過程中的功率損失，提高穩定性、可靠性、安全性。煤礦輸送機變頻調速系統屬于節能型技術，可以實現經濟及社會效益的雙贏，對建設節約型社會也具有重要意義。此外，變頻調速系統還有調速范圍大、體積小、能效高等幾方面特點，加強變頻調速技術在煤礦膠帶輸送機的應用是必要選擇，并要在實踐中進行不斷的完善與探索。

參考文獻

[1] 孫學政.變頻技術在大型膠帶輸送機中的應用[J].中國高新技術企業，2014（17）：46-48.

[2] 暴瑞卿，盧巖，王玉超，等.常興煤業主膠帶輸送機變頻改造設計[J].遼寧工程技術大學學報：自然科學版，2014（9）：76-79.

[3] 李長勝，李鑫，李斌，等.簡述帶式輸送機變頻電控系統的應用[J].科技創新與應用，2016（4）：92.

[4] 刁云飛.煤礦膠帶輸送機變頻調速系統技術改造分析[J]. 機械管理開發，2018（4）：102-103.

[5] 王新偉，趙松，張國平，等.高壓變頻器在主斜井大傾角鋼繩芯帶式輸送機中的應用[J].起重運輸機械，2007（11）：70-71.

[6] 馬海崗.淺談變頻調速技術在礦井帶式輸送機上的應用[J].山東煤炭科技，2012（5）：40-41.