煤礦主皮帶運輸系統中變頻調速的應用

＊李曉晉

（山西汾西中興煤業有限責任公司 山西 030500）

變頻調速技術，具體來說便是優化交流電電動機，使得調速的目標得以實現。變頻調速有一定的環保性，不會消耗大量的能源資源，且調速較為簡單，故障發生率低。所以，該項的技術的應用，在煤礦主皮帶運輸系統中有著廣泛的應用。煤礦企業針對不同的生產環節，都會使用相應功率的電動機，其類型包括提升機、各類型運輸機、掘進設備和采煤設備等。其中，提升機對于變頻調速的應用十分關鍵，是保障運輸過程的關鍵原件。現在，因為科技力量的進步，變頻調速技術更加成熟，所以起到的價值作用更加突出。

1.煤礦主皮帶運輸系統

煤礦主皮帶運輸系統，具體來說便是利用皮帶的無極運動對物料進行運輸的一種機械設備。皮帶運輸系統的優勢為，具有很長的運輸距離且運輸能力比較強，無較大的工作阻力，安全便捷，也不需要耗費大量的電能資源[1]。但是，在煤礦中對其應用時有明確的規定，如應用在傾斜巷道中，有著嚴格的要求，例如：向上運輸時，傾角不能超過18°，一旦大于18°時，貨物下滑的情況會比較嚴重，甚至無法運輸貨物。主皮帶運輸系統的驅動裝置主要由電機、液力耦合器、減速器、聯軸器等組成。液力耦合器會將動力源（通常是發動機或電機）與工作機有效連接，之后利用液體動量矩的變化傳遞力矩的液力傳動裝置。結構簡圖如圖1所示。但隨著技術的提升，發現了液力耦合器的缺點和不足，需要進行改造。現在，應用變頻調節，使得液力耦合器存在的不足得以改善，不但節約了能源資源，還提升了工作效率，幫助企業增加經濟收益[2]。

圖1 液力耦合器結構簡圖

2.變頻調節技術原理以及優勢分析

如果變頻調速并沒有太大的數據變化，那么電動機當中的轉速與電源功率變數屬于正比關系。在該過程當中，如對電動機電源頻率進行均勻改變，便可以使電動機平穩運行的效果實現。變頻調速，需要借助零件轉化固定的電流頻率，使其成為可以進行調節的電流裝置。在大部分煤礦運輸系統中，都會對電氣傳動系統進行配置。該系統會利用切換電機轉子形式，實現調速的目標。其中，調速的方法并不困難，但是不能滿足最佳的調速性能效果，還會對大量的電能資源進行消耗，所以電機轉阻電子不能將能源的價值充分發揮出來。變速調速屬于一種無極調速，并沒有十分繁雜的操作，能使系統的運行非常穩定并保障安全，也不會對大量的電能進行消耗，在對資源能源進行節約的基礎之上，有利于企業實現環保的目標。在啟動時，只有較小的電流產生，也不會過多的影響電動機，進而使電機設備得到良好保護。因此，變頻調速在目前的煤礦主皮帶運輸系統當中，有著廣泛的應用，也是未來的發展趨勢。

3.變頻調速以及液力耦合器對比分析

煤礦主皮帶運輸系統與其他運輸設備相比較，皮帶自身具有彈性，無論處于哪種狀態下，都有相應的能力產生。在運行主皮帶運輸系統時，如果強硬啟動，便會瞬間拉長皮帶，以至于張力對機械產生損傷，引發皮帶變形以及斷裂現象。因此，在規定中明確提出，在啟動主皮帶運輸系統時，一定要對軟啟動進行配置。經過大量的研究證明，在大部分主皮帶運輸系統中，對于軟啟動設備的配置，采用的都是液力耦合劑，盡管該項裝置可以對主皮帶的穩定運行給予保障，但與變頻調速相比較存在的不足還有很多[3]。

(1)啟動性能比較

在啟動主皮帶運輸系統時，會有相應的電流出現，因此有電能負荷，這便會影響機械設備。如影響的時間比較長，還會引發電動機故障，使其發生損壞。應用液力耦合器，能夠使熱啟動速度降低，但不能使電流變化有所改變。在對電流啟動時，電流為規定的5倍，一旦瞬間啟動，便會快速提升電動機內部的熱應力，使電動機械發生嚴重損傷。此外，瞬間增大電流，還會對電壓造成很大影響，其他設備也無法正常運行。借助變頻調速，可以將這些問題有效減少，在保證穩定運行電動機的過程中，對啟動功率開啟控制，不僅不會造成不利影響，還會使用電配額降低[4]。

(2)調節控制以及運行狀態比較

液力耦合器會有較長的指令響應時間，且沒有非常高的調速精度，所以動態調節無法實現，但是變頻調速可以使動態調節更加精準的完成，結合具體的要求，實現可控調節速度的目標。液力耦合劑并沒有非常復雜的結構，只是不能對管理效果給予保障，在長期使用之后，最常見的問題便是溫度過高，所以后期有較高的維護頻率，一旦在運行時有問題產生，便需要將運行即刻停止，因此會對生產效率產生不良影響。變頻調節運行十分穩定，維修量較少，對于生產環境也沒有太高的要求。

(3)節能效果比較

變頻調節有著理想的節能性，這是因為在使用設備時，輸出功率并不會對其產生影響，即使在較低的輸出功率環境下，也可以有非常高的工作效率。但是液力耦合器在工作時會依照電動機轉速開展工作內容，如果降低轉動機轉速，便會減少工作效率。所以經過對比分析發現，變頻調速可以對大量的能源資源進行節約，幫助企業提升經濟收益。

4.變頻調速應用在煤礦主皮帶運輸系統中的措施分析

某煤礦針對主皮帶變頻系統進行了改造，如圖2所示。

圖2 主皮帶變頻系統改造

該煤礦應用變頻調速系統，對6.6kV的變頻器輸出電壓進行配置，該變頻器與電動機有著700m左右的距離，本身額定電壓為6kV。此外，在主皮帶運輸系統當中，會對1600kW功率的電動機進行安裝，數量為三臺，有兩臺屬于同軸聯結，另一臺需要就近安裝。同時，還會對相符合的PLC控制系統進行配置，應用“一拖一方”的形式開展運行工作。為了對變頻器運行的穩定性給予保障，將其一致于電動機的速度，可使皮帶的啟動更加平穩。

在對變頻調速應用之后發現該系技術的優勢包括：其一，可以幫助企業對大量的資源能源進行節約，每一年都會節省大量的資金額度；其二，變頻調節技術的運行穩定性非常強，無論是輸出功率還是輸入功率都十分穩定，為高精度驅動，且設備沒有較大的體積，安裝時也不復雜，配置較為簡單，可對管理效率充分的保障；其三，針對電網波動有極強的適應性，即便在運行時降低電壓，也能保證正常的工作運行[5]。

5.變頻調速技術的發展趨勢分析

結合當前的發展情況來看，電動機對于電能資源能源的浪費非常大，占總體的60%。不但不能節約資源能源，還會對煤炭行業的未來發展造成不利影響。其中，應用變頻調節設備可以對電能進行節約，避免浪費問題，無論是新建設的項目還是對舊項目進行改造，應用變頻調節設備起到的現實意義都非常突出[6]。

在應用電動機時，需要對電量、電機型號、負荷能力等眾多層面綜合考量，所以一般設計的電動機為低效運行狀態，在這樣的狀態下電動機會對拖動系統的工作效率產生很大影響。但是，將變頻調節設備應用在電動機當中，可將其分為節能、牽引以及工藝等類型，無論應用哪種類型，都能使節能效果充分提升。

6.結語

總之，變頻調速技術的應用，有著廣闊的應用前景，在當前工業生產中被逐步推廣應用。煤炭企業中，對于大功率電機的應用次數會非常多，借助變頻調節技術，有益于強化電動機的功能效率，減少對能源資源的消耗，且應用之后的維修次數也有所減少。現在，在變頻技術有了更高的發展之后，因為技術有所創新和提升，將變頻調節技術應用在煤炭企業，可充分利用其優勢對工況點進行改善，有益于煤炭企業經濟效益的提升，保障未來的發展和建設。