煤礦皮帶運輸機重載軟起動技術的應用研究

趙 虎

（山西焦煤集團有限責任公司官地煤礦， 山西 太原 030022）

引言

傳統煤礦運輸機的異步電機在重載起動期間會產生較大電流，遠遠高出額定電流，這便使得異步電機起動期間存在多種缺陷問題。比如會產生較大的沖擊電流，且在電網容量較小時，電壓還會出現下降趨勢。而若出現缺壓問題時，電機很可能出現燃燒事故。由此看出，為了避免重載起動期間對其他機械設備產生沖擊，應使用重載軟起動技術，以提高皮帶運輸機的使用年限[1]。

1 皮帶運輸機重載軟起動條件

煤礦皮帶運輸機重載軟起動需要具備一定條件，首先是確定合適的皮帶長度，皮帶越長，整個運輸機系統轉動期間產生的慣量也越大，電機需要克服慣量產生的加速力矩也就越大。對此，應結合實際運輸量選擇合適的皮帶長度。其次是確定合理的容量，皮帶運輸機正常起動需要較大容量，但容量過大會增大初始力矩，起動期間會對其他設備產生較大的沖擊力。最后在皮帶運輸機起動期間，前部分皮帶受力大于后部分皮帶，皮帶很容易因受損問題產生較大的沖擊力。這主要因為電動機起動時需要靜力矩平衡負載，也需要動力距產生加速度，但加速度的增加會產生更大的沖擊電流，從而對整個系統造成更大的沖擊。由此看出，皮帶運輸機重載軟起動正常進行的前提便是有效降低設備運行期間產生的起動加速度。

2 軟起動技術在皮帶運輸機中的實際應用

2.1 企業簡介

某煤礦生產期間使用兩臺型號為GX1250的鋼繩芯皮帶運輸機，其長度為1 600m、寬度為800 mm、傾角為16°。其中1號皮帶運輸機房在地面，采用功率為115 kW的繞線式電機進行起動；2號皮帶運輸機房在礦井下，采用功率為115 kW的鼠籠式電機進行起動。為了確保起動的平穩性，企業還采用了型號為TV560液力偶合器設備。從實際運行效果來看，1號皮帶運輸機雖然起動平穩性較高但技術落后，增大了企業的維修成本，2號皮帶運輸機具備較大的起動電流，且不平穩，影響了皮帶的使用壽命。為了避免重載起動問題，企業技術人員在勘察開采現場后決定改進皮帶的起動方式，使用軟起動技術，增強皮帶的運輸功能[2]。

2.2 控制系統改造

利用施耐德ATS48軟起動器進行起動，其工作原理如下頁圖1所示，且在結束起動后采用工頻旁路起動方式。同時，利用自由停車方式，當軟起動器發生故障問題后，就地動力柜強制工頻旁路直接起動。2號皮帶運輸機采用PLC控制回路與現場控制按鈕，原回路控制真空接觸器，實現工頻起動。改造完成后，工作人員可以輸入觸點控制軟起動器，并間接控制電機起動。

改造期間使用的兩臺電機功率較大，無論采用就地起動還是遠程起動方式，兩臺電機均應設置間隔時間，第一臺電機先行起動，之后延時起動另一臺電機。系統改造后，輸出轉矩與起動電流均明顯降低，因此技術人員還可以進一步修改PLC系統及整定時間，以同時起動兩臺電機。除此之外，改造期間去掉原有的控制柜，在新控制柜中移植原動力柜組件。且為了降低改造成本，只需要局部改動PLC控制線路，且保留原有的操作模式。

軟起動器屬于可控起動，較為適用于運輸距離長且起動慣量較大的帶式運輸機。期間工作人員可以設定加速度起動時間，先以較低加速度起動至10%額定速度，有效張緊皮帶后再以原定加速度運行至額定速度，以降低對皮帶的沖擊程度。

2.3 軟起動方式在電動機控制中的應用效果

對某煤礦2號皮帶運輸機采用施耐德ATS48軟起動器，并采用工頻旁路的起動方式及自由停車方式。同時，2號皮帶運輸機采用現場控制以及PLC控制方式，由中間繼電器控制軟起動器的起停。通過改造，以往煤礦開采期間出現的皮帶起動過快問題得到了很好解決，皮帶使用年限也得到延長，維修量明顯減少，一定程度上提高了煤礦皮帶機的運輸效率[3]。

圖1 AST48工作原理示意圖

2.3.1 起動方式靈活及起動性能優異

通過為皮帶運輸機增加軟起動器，工作人員在起動運輸機時可以根據實際運輸情況選擇限流起動以及突跳起動方式，且還可以根據電網需要設置起動參數，有效避免沖擊力問題，達到最佳的起動效果。首先，限流起動方式可以使電動機在全壓模式下起動，當需要限制最大起動電流時可以選擇此種起動模式。且用戶可以根據實際需求，在滿載電流的50%～60%之間進行選擇。其次，軟起動過程中，技術人員可以選擇不同斜率的電壓量，且可以在轉子堵轉矩0～90%范圍內進行自主選擇。斜坡加速過程中，電機電壓呈無級遞增趨勢，當電機達到既定轉速后，軟起動器將會自動切換為全電壓模式。最后，采用沖突跳啟動模式時應使用轉矩較高的設備，且用戶可以自主選擇限流或軟起動方式中的附加脈沖時間，從而協助電動機更快起動[4]。

2.3.2 全功能保護

軟起動器可以為皮帶運輸機提供過載保護模式，為輸入缺相、輸出缺相、過壓、短路、電機堵轉以及晶閘管短路等故障提供有效保護。這種過載保護功能可以去除繼電器設備，增大配電柜內部線路的便捷性，且在不借助任何傳感器設施的情況下便可以自主讀取電機運行參數。除此之外，軟起動器還可以自主診斷故障，減少技術人員查找故障時間，降低維修成本。

2.3.3 運行可靠且維修便捷

軟起動器運行電流較大，可以利用開關無級調借電壓，降低系統的不良影響程度。且其具備較強的過載能力與較寬的調壓范圍，可以在菜單界面中有效查閱修改運行參數，并利用附加通訊網接口實現全面自控。

2.3.4 實現節能運行

隨著電機負載率的不斷變化，軟起動器可以自動調節電機轉速，并提高電機的運行功率。同時，軟起動器還可以降低電機的功率損耗，對于負載變化較快的電機而言，其具備顯著的節能效果。

2.3.5 延長設備的使用壽命

軟起動方式可以有效降低電動機起動期間產生的機械應力，降低對元件的沖擊力度，且還可以消除液流系統中的液擊故障，提高電動機設備的運轉功率。

3 結語

隨著煤礦開采量需求的不斷增大，皮帶運輸機需要在重載情況下起動。皮帶運輸機重載軟起動技術的應用，可以提供靈活的起動方式，具備優異的起動性能，可降低對元件的沖擊力度，延長設備的使用壽命，提高電動機設備的運轉功率，運行可靠且維修便捷，實現節能運行。