變頻技術在皮帶機調速系統中的應用

劉建濤

摘要：隨著我國皮帶輸送機技術與國外設備的接軌，對皮帶機的啟動方式越來越嚴格，皮帶輸送機軟啟動技術及設備的研究和應用取得了快速進展。采用合理的皮帶機啟動方案能延長皮帶機的使用壽命，同時還能夠提高輸送機的運行效率，在皮帶機的軟啟動方案中，采用CST和變頻器作為軟啟動的設計方案比較多。基于此，本文主要對變頻技術在皮帶機調速系統中的應用進行分析探討。

關鍵詞：變頻技術;皮帶機;調速系統;

1、前言

礦用皮帶運輸機工作開展過程中，其工作效率和工作質量受到多方面因素的影響，進而影響煤炭運輸等各項工作合理開展。利用變頻器可以提高對皮帶輸送速度等的控制能力，減少因耦合器軟啟動產生的污染等，對推動礦井工作更好的開展具有重要意義。

2、變頻技術在礦用皮帶運輸機中的應用

2.1變頻技術在礦用皮帶運輸機中應用的意義

不同地區的環境不同，煤炭開采方式也會存在差異，這在一定程度上增加了礦井工作的不確定性。因為工作開展過程中存在大量變化性內容，要求對煤炭開采設備和運輸設備等及時開展對應的調整，這樣各項工作才能按照正常計劃進行。但傳統礦用皮帶運輸機功率相對比較大，同時直流供電的方式將會產生大量能源消耗，導致機器在運轉過程中出現故障的頻率提高。這在一定程度上影響了后續各項工作的合理開展，同時還會支出大量的維護成本，影響煤礦企業效益。在礦用皮帶輸送機上應用變頻技術，可以通過電動機等完成功率和運轉速度的調整，其工作的有效性明顯提高，對推動后續各項工作以合理方式開展等具有重要意義。

2.2礦用皮帶變頻系統簡介

礦用皮帶變頻系統主要是在應用高性能矢量控制器的變頻器作用下開展主電機驅動等各項工作。同時，傳感器會自動收集與電動機運行和皮帶運輸機工作要求等相關的信息，在控制系統的集中調控指揮下，相關運輸設備等可及時做出反應，完成皮帶運輸機的工作保護和工藝控制等多項功能。主控臺、電源柜和變頻臺是礦用皮帶運輸系統工作開展過程中的主要構成部件，在操作人員的控制下，可及時通過控制按鈕來完成對礦用皮帶輸送機的各項操作，同時相關運行參數等還會通過人機界面和指示燈等顯示出來，對提高操作人員的操作準確性也具有一定意義。

2.3礦用皮帶變頻系統工作原理

在礦用皮帶變頻系統工作開展過程中，主要在大規模的CPLD（復雜可編程邏輯器件）與單片機之間的互補作用下開展各項工作。在系統工作開展過程中，在兩類器件綜合使用的電路上，可利用CPLD完成對工作信號和工作數據的采集，同時該類設備還會對收集到的信號進行初步處理，在此基礎上，單片機會對各類數據進行深層次分析，繼而對其運行情況和可能出現的問題等進行判斷，方便工作人員及時處理相關問題。該方式的工作效率相對較高，對傳感器的綜合使用可滿足皮帶運輸機在不同工作階段的工作要求。當皮帶運輸機處于無工作狀態時，可自動放慢其輸送速度，而當有運煤任務時，皮帶運輸機則會主動完成堆煤工作，其運輸速度也會明顯加快，可實現提高工作效率和降低工作能耗的目標。同時，在多類設備的綜合作用下，利用變頻技術可以實現對礦用皮帶運輸機功能的深度開發，繼而在皮帶運輸機出現其他問題時，可及時通過警報等將問題報告給相關工作人員，保障皮帶運輸機各項工作合理開展。礦用皮帶運輸機還可以完成自動灑水等工作要求，可降低其運輸路線上的粉塵量，對凈化礦井空氣等具有重要意義。

2.4礦用皮帶變頻系統工作特征

礦用皮帶變頻系統工作開展過程中，可以在相關設備的作用下完成對皮帶機沿線的工作保護和溫度保護等各項工作，同時其張緊裝置和變頻啟動系統等可以在系統的集中組織下開展各項控制工作，提高不同工作部位的整體有效性，對保障系統安全運行、提高系統整體運行可靠性等具有重要意義。在該系統的作用下，控制平臺可實時開展對皮帶運輸機實時運行狀況的監控，能以更為合理的方式進行其成本控制工作，同時，利用相關技術還可以完成系統內的信息共享等建設要求。皮帶運輸機的運行信息等能以高效的方式傳遞到不同的設備，對推動各項維護工作及時開展具有重要意義。在當前控制系統建設工作開展過程中，系統的漢化界面可以滿足對信息的多樣化顯示等要求，有利于操作人員和管理人員合理開展故障分析工作，對提高其整體工作效率等具有重要意義。

3、變頻調速方案的確定

皮帶運輸機采用多臺電機驅動時應注意電機之間的協調控制。由于各電機的動力輸出是由皮帶耦合實現的，根據電機學原理，若電機存在滑差，變頻器的輸出頻率就會出現偏差，從而引起輸出轉矩不平衡，甚至出現故障。因此要采取措施平衡各電機的轉矩。

現場應用中，目前主要有以下3種驅動方案：

（1）一拖多并聯運行方案。該方案的適用于電機（單機）功率小、電機數量少于3臺、成本要求低的變頻調速系統。

（2）主-從控制方案。該方案的適用于要求各電機轉矩均衡輸出、電機數量少于3臺、各電機間間距小的簡單變頻調速系統。

（3）統一協調控制方案。該方案適用于電機數量超過3臺、電機間間距較大的復雜變頻調速系統。

結合該煤礦現場實際及各方案適用條件，為有效控制負載平衡，該皮帶運輸機確定采用主-從控制方案作為高壓變頻調速系統。其中一臺變頻器為主控，確定輸出轉矩，另一臺變頻器由主控變頻器控制，與其同步運行。變頻調速系統只控制電機轉矩，不控制從控電機的轉速。主-從控制結構負載平衡控制示意見圖1。

圖1表明，1#電機轉速由主控高壓變頻器控制，兩臺電機的輸出轉矩由主控高壓變頻器輸出。2#電機的輸出轉矩是由從控高壓變頻調速系統控制的。為保證電機的轉速精度，將其控制在0.5%以內，變頻器一般采用無速度傳感器矢量控制技術。若精度要求更高，如控制在0.1%以內，則應采用速度傳感器。

主-從高壓變頻調速系統具有兩種功能：①外部信號連鎖控制功能;②報警邏輯信號輸出功能。主控高壓變頻調速系統不僅能接收來自本地或遠程的指令，還可接收從控系統發送的指令。同時，從控系統也具有類似主控系統的接收指令程序。主-從高壓變頻調速系統在該煤礦井下皮帶運輸機的現場應用結果表明，該系統可根據現場工況對皮帶運輸機進行有效調節，減少了電能消耗，降低了生產成本，初步實現了自動化運行。該系統的應用實施使維護工作量大大降低，帶來了可觀的經濟效益，目前尚未出現安全問題。

4、結論

某煤礦井下皮帶運輸機采用變頻技術代替原軟啟動對驅動電機進行控制并結合該礦實際和變頻調速方案的比選，最終選擇主-從高壓變頻調速系統應用于井下皮帶運輸機，解決了多個驅動電機轉矩不平衡的問題，同時實現皮帶運行速度隨負載煤炭量的變化而實時變化，降低了電能消耗和維修工作量，有利于延長皮帶的使用壽命，提高了企業的經濟效益，為同類皮帶運輸機的技術改造提供了經驗參考。

參考文獻：

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