基于變頻技術在煤礦皮帶機改造中的應用分析

馮少宇

摘 要：變頻技術在煤礦皮帶機改造中作用較大，可有效提高設備工作效率，解決設備在傳統工作中所存在的各種問題，同時達到節能減排的應用目標。本文從變頻技術的基本工作原理談起，詳細分析煤礦皮帶機對變頻技術的技術改造要求、改造方式和改造效果。

關鍵詞：變頻技術 煤礦皮帶機 技術改造 應用方式 效果

中圖分類號：TD528.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（c）-0032-02

傳統煤礦運輸多采用基于機械驅動、多滾筒系統的煤礦皮帶機，這種皮帶機在煤礦運輸方面相對消耗成本較高，不利于高效率生產工作。伴隨當前微電子技術的快速發展，變頻技術應運而生并成功融入到煤礦生產領域中，例如它在煤礦運輸領域的皮帶機應用方面就非常廣泛，對我國煤礦產業技術性發展進步起到了巨大促進作用。

1 關于變頻技術

1.1 基本工作原理分析

傳統機電設備中多為固定電流，機電設備在運行過程中電流無法變換，這可能會耗費大量的電力能源，對設備壽命周期也會產生較大影響。如果能將變頻技術應用于機電設備之中就能夠改觀這一狀況。因為變頻器本身結構復雜，含有電源板、主板、電機等重要元器件，這些元器件之間能夠形成相互配合進而改變電流頻率，但不改變電壓，所以這就能較好發揮電力半導體的實際應用價值，尤其是對機電設備電流頻率的可變性調節非常有利。在電流頻率改變過程中，機電設備也會得到有效調整，這就是變頻技術的基本工作原理。當前，煤礦企業也將變頻技術靈活運用于煤礦皮帶機運輸環節中，保證了煤礦運輸的高效率。

1.2 煤礦皮帶機改造與變頻技術的基本關系

煤礦皮帶傳送機容易老化，壽命周期嚴重受限，所以要采用變頻技術對其進行改造，一方面改變它傳統皮帶的固定驅動模式，降低煤礦在開采與生產中的大量電能損耗；另一方面也希望解決傳統皮帶機運輸煤礦過程中的輸送量不適應、故障頻發等問題，希望以此來降低設備后續維修難度。在煤礦皮帶機改造過程中可能會出現堵塞問題，此時要借無速傳感器控制技術來進行科學推算，保證皮帶機運輸始終處于額定輸出狀態，這樣也能有效節約電能，滿足煤礦皮帶機的設備改造技術需求。

2 煤礦皮帶機改造對變頻技術的特殊技術要求

煤礦皮帶機在改造過程中也會對變頻技術提出相應技術要求，這些要求相對特殊，也是傳統普通變頻器無法被運用到煤礦皮帶機技術改造中的主要原因，本文將簡要剖析這些特殊的技術要求。

首先，在技術改造過程中煤礦皮帶機提出了較高的變頻技術指標要求。例如它就要求變頻機中變頻器的啟動轉矩應該達到至少兩倍以上的轉速。換言之，在煤礦皮帶機持續運行狀態下，要保證有至少150%的額定電流作為基本保障，并保證煤礦皮帶機在運行過程中走S型曲線路線且加速度平穩均衡。上述技術改造要求可以幫助設備實現能量有效回饋，為此技術改造過程中也采用到了四象限運行模式，希望完善設備在數控方面的智能化功能。

其次，要保證變頻技術的散熱能力達標。因為傳統中的普通變頻器在散熱性能方面表現不佳，無法滿足煤礦行業中的防爆要求。這主要是因為傳統中的普通變頻器多采用水冷或風冷制冷方式，但煤礦皮帶機變頻器中會含有大量元器件，它們都會產生大量熱量，所以無論是水冷還是風冷在制冷效果方面都不盡如人意，特別是水冷還需要煤礦皮帶機另外配備散熱系統，這就加大了設備的前期安裝與后期維護成本，所以散熱問題也是改造的一大目標。

最后，在煤礦皮帶機改造過程中，要考慮到變頻器本身的電磁兼容性問題。煤礦生產過程中環境較差，這就要求變頻器在工作運行過程中需要較強的抗干擾能力，所以這里就要涉及到電磁兼容性問題，它的兼容性優劣直接會影響到變頻器在煤礦皮帶機中的功能作用發揮[1]。

在改造過程中，變頻技術對煤礦皮帶機的融入也存在一些現實問題。比如皮帶機在煤礦運輸過程中容易受到電磁影響，如本文所述，當電磁影響嚴重時變頻器也會直接損壞，導致煤礦皮帶機工作停滯；另外就是電源異常問題，因為煤礦皮帶機經常在低電壓狀態下工作，而低電壓是容易導致電源發生異常的，所以在設備改造過程中也應該考慮加入特殊電源設施，例如輔助變壓器等等來調節電壓水平，有效優化電源質量；最后就是高次諧波問題，它是由煤礦皮帶機在運行過程中產生的。傳統中我國皮帶機設備會采用PMW變壓器控制方式，它也是產生大量高次諧波的根源。這種高次諧波會直接影響到電動機繞組使其發生異變，同時也會降低設備整體的絕緣性能，造成變壓器畸變。如此多的變化會為煤礦皮帶機正常運行帶來負面影響，就目前來看，有效縮短變頻器與電機之間距離是一種解決辦法，或者直接在變頻器上安裝整流橋也能有效避免高次諧波，確保煤礦皮帶機正常運行[2]。

3 基于變頻技術的煤礦皮帶機改造方法

對煤礦皮帶機實施變頻技術改造，就以某煤礦集團為例，它采用了3臺高壓電機共同拖動皮帶機，滿足雙滾筒三機拖動條件，見圖1。

如圖1所示，某煤礦集團中的煤礦皮帶機在傳統系統方面由3臺高壓異步電動機所共同構成（160kW，6kV），它同時利用到液力耦合器驅動滾筒與減速機兩種技術設備，通過皮帶與滾筒之間的摩擦力來帶動整個皮帶運行，再配合2臺電機處于同軸位置帶動卸煤滾筒工作。但由于煤礦施工現場環境相對偏差，且耦合器內部油壓存在不均勻現象，所以，皮帶機本身的傳動效率無法保持穩定。根據上述問題對設備精細改造，首先要求控制系統必須滿足以下4點特性：第一，要采用低啟動電流，控制電流自動對電網形成影響，進行有效延長電機使用時間，且最大限度地減少對其他電氣設施的不利影響。第二，要對機械啟動沖擊進行改造，將沖擊降到最低水平，這樣可有效延長膠帶與減速器等關鍵元器件部位的使用壽命周期。第三，要保證改造能夠滿足大功率平衡作業條件。第四，要啟動所有可控裝置，配合皮帶機技術改造。

在實現上述4點設備改造以后，該煤礦幾臺還專門設置了3臺具有“隔爆兼本”功能的變頻技術調速設施，配合煤礦皮帶機的設備長度與負載大小來啟動系統，并將啟動時間設置在為60s。當電動機啟動后其最大啟動轉矩達到100N·m以后，皮帶機就能夠進入平穩工作階段，配合變頻器的軟啟動，保證皮帶機與變頻技術之間的有效結合，在皮帶機運行過程中釋放皮帶的部分能量，進而保證設備的整個過程中都充滿張力。在該技術改造中，還利用重載實驗來驗證皮帶機的煤礦運輸穩定性，以達到技術改造目的。另外，該改造還希望為煤礦皮帶機增加調速功能，配合煤礦皮帶機實際的云煤量來調整皮帶運行速度，保證系統在投入生產后降低驅動電機與皮帶機的故障發生幾率，最重要的是延長皮帶機的滾筒與托輥壽命周期，這對皮帶機驅動功率的有效平衡也有促進作用。

從節能角度來講，此次技術改造由于利用到了變頻驅動技術，所以，對煤礦皮帶機的系統效率與功率因數優化都是必然的，它改造了皮帶機的電機裕量，解決了傳統中設備無法滿載甚至空載工作的固有問題。在變頻驅動器加載以后，皮帶機的功率因數上升到0.9以上，對整體設備的無功功率實現了有效降低控制。再者，變頻器驅動讓設備電機與減速器相互直接連接，而液力耦合器則被去除，傳遞效率相比于傳統液力耦合器高出10%左右，提升明顯[3]。

4 結語

煤礦皮帶機經過變頻技術改造后，其皮帶的張力有所減小，保證了重載啟動平穩運行，同時也優化了煤礦皮帶機的停止與啟動性能，對設備整體運行成本也實現了有效控制，整體來講滿足了煤礦企業生產質量優化，對行業綠色生產具有極高的實踐價值意義。

參考文獻

[1] 劉玉慶.變頻技術在煤礦皮帶機改造中的應用[J].中小企業管理與科技，2015（20）：65.

[2] 李清榮.煤礦皮帶機常見故障分析及對策處理[J].煤礦現代化，2016（1）：102-104.

[3] 王建華.變頻技術在煤礦皮帶機改造中的應用分析[J].科技風，2014（7）：50.