變頻電控系統(tǒng)在下運(yùn)帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用

蘭晨璐

（虎龍溝煤業(yè)公司機(jī)掘三隊(duì)，山西 朔州 038300）

虎龍溝煤礦北翼-540～ - 815m水平皮帶斜井下運(yùn)帶式輸送機(jī)采用傳統(tǒng)的液力耦合器配合減速機(jī)傳動方式。在運(yùn)行過程中因啟動電流大，導(dǎo)致帶式輸送機(jī)的機(jī)械部分磨損嚴(yán)重，同時無法保證多電機(jī)驅(qū)動功率的平衡，需對其進(jìn)行變頻控制技術(shù)的改造。

1 工程概況

虎龍溝煤礦北翼-540～ - 815m水平皮帶斜井采用三段式皮帶下行傳送。首段向下運(yùn)輸，運(yùn)輸長度為744m，傾角為-17°；中段為水平運(yùn)輸，運(yùn)輸長度為724m；末段向下運(yùn)輸，運(yùn)輸長度為1694m，傾角為-9°。運(yùn)輸能力為600t/h，帶寬1.4m，帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度為2m/s。

2 變頻電控系統(tǒng)的研制

針對該下山帶式輸送機(jī)研制了新型的變頻電控系統(tǒng)。對下運(yùn)皮帶的運(yùn)行工況和速度控制要求進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了基于大功率四象限變頻器采用磁場定向控制技術(shù)的下運(yùn)皮帶變頻電控策略和大能量回饋制動的實(shí)現(xiàn)途徑，減輕對電網(wǎng)的沖擊，實(shí)現(xiàn)節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。對涉及的多電機(jī)功率平衡問題、大功率防爆變頻器散熱問題、系統(tǒng)保護(hù)問題等進(jìn)行了詳細(xì)分析并提出了解決方案。

（1）研制了1140kV/560kW礦用防爆兼本質(zhì)安全型四象限變頻器。當(dāng)電機(jī)工作在電動狀態(tài)時，變頻器工作在第1、3象限，當(dāng)電動機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)時，變頻器工作在第2、4象限，通過控制逆變電壓相位和幅值將能量回饋到電網(wǎng)，達(dá)到節(jié)能的效果。

（2）應(yīng)用了大功率回饋制動技術(shù)。項(xiàng)目采用有源逆變技術(shù)，既有良好的制動效果，又將動能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的交流電能回饋電網(wǎng)，向電網(wǎng)送電而達(dá)到回收能量的效果，主電路結(jié)構(gòu)采用雙電流追蹤型PWM整流器組成方式。采用滯環(huán)電流比較能控制功率的雙向流動，具有很快的動態(tài)響應(yīng)速度且對電網(wǎng)污染小，實(shí)現(xiàn)了制動力矩可調(diào)、重載啟車制動力矩零速保持、多機(jī)制動力矩平衡等功能。

（3）應(yīng)用了先進(jìn)的矢量控制。項(xiàng)目矢量控制技術(shù)中采用FORCE技術(shù)，可以獨(dú)立控制電機(jī)的磁通量和轉(zhuǎn)矩電流來實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩和速度控制。

（4）采用多電機(jī)功率平衡。項(xiàng)目通過理論推導(dǎo)得出了電機(jī)供電頻率和牽引力的對應(yīng)關(guān)系式，通過電機(jī)電流檢測和閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)了下運(yùn)皮帶各運(yùn)行工況的多機(jī)功率平衡，提高了皮帶運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

3 下運(yùn)帶式輸送機(jī)變頻電控系統(tǒng)改造方案

3.1 變頻電控系統(tǒng)

新型變頻電控系統(tǒng)包括變頻柜、主控臺、制動柜、電源柜四大部分，將裝置安裝在控制室內(nèi)。變頻控制系統(tǒng)的主控臺是司機(jī)操作系統(tǒng)的平臺，可以顯示系統(tǒng)各個部分的運(yùn)作狀態(tài)。主控臺為技術(shù)先進(jìn)、性能可靠的西門子S7系列可編程控制器，可完善地處理全部運(yùn)輸工藝要求，運(yùn)行狀態(tài)顯示采用了普洛菲斯公司生產(chǎn)的觸摸式彩色液晶顯示屏。系統(tǒng)具有聯(lián)網(wǎng)功能，可將輸送機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)傳到調(diào)度室等地進(jìn)行監(jiān)控。司機(jī)能根據(jù)掌握的帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，通過操作控制臺上按鈕來操作設(shè)備，保障其正常運(yùn)行。

3.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

新型變頻電控系統(tǒng)可以設(shè)定皮帶的啟動時間、運(yùn)行速度，有效地降低設(shè)備的機(jī)械沖擊。帶式輸送機(jī)的皮帶更換、故障檢修、維護(hù)和保養(yǎng)會因?yàn)檫\(yùn)行速度可調(diào)而變得非常便利。帶式輸送機(jī)可根據(jù)運(yùn)輸?shù)拿毫慷M(jìn)行降頻使用，節(jié)能效果顯著。主控臺能對帶式輸送機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，降低了故障的發(fā)生率。系統(tǒng)具有多種故障報(bào)警保護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的保護(hù)。

4 實(shí)踐運(yùn)行效果分析

2018年2 月，虎龍溝煤礦北翼-540～ - 815m水平皮帶斜井下運(yùn)帶式輸送機(jī)已完成了變頻電控系統(tǒng)的改造、安裝和調(diào)試工作。從當(dāng)前的運(yùn)行情況來講，效果良好。主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）帶式輸送機(jī)主驅(qū)動電機(jī)由變頻器控制，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動。電機(jī)的軟啟動與帶式輸送機(jī)的軟啟動模式有效地避免了啟動時發(fā)生的高電流對帶式輸送機(jī)的沖擊。

（2）變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效平衡多電機(jī)驅(qū)動的功率，消除功率不平衡的現(xiàn)象。合理的主從控制方式保證了輸送機(jī)系統(tǒng)正常工作，防止了驅(qū)動滾筒與輸送帶的滑動、輸送機(jī)系統(tǒng)的共振，減小了輸送過程中的電氣沖擊、彈性振動和機(jī)械振動，延長了輸送機(jī)輸送帶、托輥、減速器，滾筒裝置的使用壽命，節(jié)省能耗。

（3）變頻技術(shù)具有輸入諧波小、功率因數(shù)高、輸出脈動轉(zhuǎn)矩小、軟啟動、可靠性高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，大幅降低企業(yè)的生產(chǎn)成本和設(shè)備維護(hù)成本。

（4）變頻控制系統(tǒng)可以有效地調(diào)節(jié)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度，在該狀態(tài)下可以有效地進(jìn)行皮帶的維修和保養(yǎng)工作，提高帶式輸送機(jī)的維修效率。

（5）變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用，減少了液力耦合器使用環(huán)節(jié)，提高了帶式輸送機(jī)的傳送效率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的要求。

5 變頻控制系統(tǒng)改造的經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）電費(fèi)的節(jié)約。變頻控制系統(tǒng)改造應(yīng)用后，帶式輸送機(jī)電機(jī)在負(fù)荷率≤70%的情況下，用電量大為降低，同時可根據(jù)煤量來調(diào)節(jié)皮帶的運(yùn)行速度，節(jié)約了電能的消耗。從2018年2月至2018年8月半年的時間統(tǒng)計(jì)來看，平均實(shí)現(xiàn)節(jié)能36%，有效降低了生產(chǎn)成本。

（2）維修費(fèi)的節(jié)約。變頻控制系統(tǒng)對電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動和軟制動，電機(jī)軸上平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費(fèi)用，電機(jī)的壽命也大大提高，為企業(yè)節(jié)約維修費(fèi)用。

（3）人力費(fèi)的節(jié)約。變頻控制系統(tǒng)的配置靈活，自動化程度高，功能齊全，可以通過遠(yuǎn)程通信進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無人值守，節(jié)約人力配備。

6 結(jié)論

以虎龍溝煤礦下運(yùn)帶式輸送機(jī)為研究對象，進(jìn)行了變頻電控系統(tǒng)的改造應(yīng)用研究。實(shí)踐應(yīng)用效果良好，提出的基于大功率四象限變頻器，采用磁場定向控制技術(shù)的下運(yùn)皮帶變頻電控策略和大能量回饋制動的實(shí)現(xiàn)途徑，減輕對電網(wǎng)的沖擊，實(shí)現(xiàn)節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。