變頻調(diào)速技術(shù)在礦用膠帶輸送機(jī)上的應(yīng)用

　　本文介紹了變頻調(diào)速技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)滾筒電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速控制，確保其功率平衡，具有自動(dòng)控制，降低能耗，故障少，維護(hù)方便，降低維護(hù)費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。闡述了變頻器選型的一般原則著重對(duì)變頻器在煤礦主井膠帶輸送機(jī)的選型使用進(jìn)行了分析，并確定了礦用主井膠帶輸送機(jī)選型必須滿足的條件。

　　在煤礦生產(chǎn)中，膠帶輸送機(jī)是的最主要的運(yùn)輸工具，該系統(tǒng)的正常運(yùn)行直接影響礦井正常生產(chǎn)和生產(chǎn)效率。因此主井膠帶輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行就顯得尤為重要。而煤礦安全規(guī)程規(guī)定，膠帶輸送機(jī)必須加設(shè)軟起動(dòng)裝置，這使得變頻技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

　　1 變頻調(diào)速技術(shù)在膠帶輸送機(jī)上的特點(diǎn)

　　膠帶輸送機(jī)的皮帶是個(gè)彈性體，在起動(dòng)時(shí)皮帶會(huì)積蓄大量能量，隨后，皮帶內(nèi)貯藏的能量將很快釋放出去，在皮帶上形成張力并逐漸達(dá)到最大值并引起皮帶斷裂。因此，膠帶輸送機(jī)起動(dòng)、停止的過(guò)程是一個(gè)不穩(wěn)定的工況，為減小膠帶輸送機(jī)這一起動(dòng)特性，系統(tǒng)應(yīng)加裝軟起動(dòng)裝置，運(yùn)用變頻器對(duì)膠帶輸送機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)電機(jī)的慢速起動(dòng)，帶動(dòng)膠帶輸送機(jī)緩慢起動(dòng)，將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放。變頻器的引入可使系統(tǒng)平穩(wěn)起停，減小皮帶上張力值，還可匹配其具備的S型加速、減速時(shí)間這樣可將膠帶輸送機(jī)起停時(shí)產(chǎn)生的沖擊減至最小。

　　另外，應(yīng)用變頻技術(shù)后，因?yàn)樽冾l器的起停時(shí)間可在1S～3600S任意可調(diào)，而膠帶輸送機(jī)起停時(shí)間可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況具體設(shè)定，可延長(zhǎng)膠帶輸送機(jī)的起動(dòng)時(shí)間，從而大大降低膠帶輸送機(jī)起停時(shí)的不穩(wěn)定，大大降低膠帶機(jī)皮帶表面張力，大大減少機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備的損耗，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長(zhǎng)。

　　功率平衡

　　煤礦井下膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)大多為雙滾筒驅(qū)動(dòng)或多滾筒驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)為每個(gè)滾筒配備一臺(tái)電機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)保證系統(tǒng)內(nèi)部各滾筒能夠同步起停，同時(shí)為了保證系統(tǒng)的運(yùn)輸能力，應(yīng)盡量保證各滾筒之間的功率平衡。因此，應(yīng)用變頻器對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器輸出的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流差值的大小來(lái)調(diào)整每臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速差值，各電機(jī)電流值逐步趨于平衡。這便形成了一個(gè)動(dòng)態(tài)的功率平衡系統(tǒng)。

　　平穩(wěn)的重載起動(dòng)

　　煤礦膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)必須必須考慮“重載起動(dòng)”以保證在輸煤過(guò)程中任意一刻可以隨時(shí)立即停車(chē)和重新起動(dòng)。采用無(wú)速度傳感器矢量控制方式低頻運(yùn)轉(zhuǎn)可輸出1.5～2倍額定轉(zhuǎn)矩。“重載起動(dòng)”重載起動(dòng)特性見(jiàn)下圖：

　　驗(yàn)帶功能

　　低速驗(yàn)帶功能是膠帶輸送機(jī)檢修的主要要求，變頻調(diào)整系統(tǒng)為無(wú)極調(diào)速的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，在空載驗(yàn)帶狀態(tài)下，變頻器可調(diào)整電機(jī)工作在 5%～100%額定帶速范圍內(nèi)的任意帶速。

　　降低皮帶帶強(qiáng)

　　采用變頻器驅(qū)動(dòng)之后，由于變頻器的起動(dòng)時(shí)間可在1S～3600S可調(diào)，通常膠帶輸送機(jī)起動(dòng)時(shí)間在60S～200S內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定，膠帶輸送機(jī)的起動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，大大降低對(duì)皮帶帶強(qiáng)的要求，降低設(shè)備初期投資 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于降低了起動(dòng)沖擊，膠帶輸送機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)備損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長(zhǎng)。

　　自動(dòng)調(diào)速

　　節(jié)電效果明顯 變頻器配合煤流傳感器可以根據(jù)負(fù)載輕重自動(dòng)調(diào)節(jié)皮帶速度，節(jié)電的同時(shí)還減少了皮帶的磨損。

　　節(jié)能 引入變頻機(jī)驅(qū)動(dòng)后還能降低膠帶輸送機(jī)的能耗。

　　通常機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中電機(jī)的設(shè)計(jì)功率要比電機(jī)的實(shí)際滿載功率要大，預(yù)留的裕量較大。而電機(jī)只有在接近滿足時(shí)其功率因數(shù)才最佳，實(shí)際應(yīng)用中功率因數(shù)很低。采用變頻技術(shù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)后，可大大改善上述情況，使功率因數(shù)達(dá)到0.9以上。

　　傳統(tǒng)膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)采用液力耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，其本身的傳遞效率不高。采用變頻技術(shù)驅(qū)動(dòng)后，去掉了液力耦合器的環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的傳遞效率比傳統(tǒng)可提高5%～10%。

　　另外，應(yīng)用變頻器的自動(dòng)穩(wěn)壓功能，可減少由于礦井離變電站距離較遠(yuǎn)，不同時(shí)段電壓波動(dòng)較大給系統(tǒng)帶來(lái)的影響，也有部份節(jié)能作用在匹配煤流傳感器后，還可自動(dòng)依據(jù)煤流大小自動(dòng)調(diào)速。

　　2 變頻器選型

　?。?）煤礦井下開(kāi)采作業(yè)的環(huán)境特點(diǎn)是：作業(yè)空間狹小、潮濕空氣中含有瓦斯粉塵等易燃易爆炸成分；按照煤礦安全規(guī)程的要求，在煤礦井下采掘工作面使用的電氣設(shè)備和控制設(shè)備，必須是隔爆型或本質(zhì)安全型設(shè)備。

　?。?）充分考慮電氣爬電功率器件散熱安全控制等技術(shù)問(wèn)題。如果采用水冷，還需要考慮變頻器對(duì)水質(zhì)的要求，避免因水質(zhì)問(wèn)題影響變頻器的散熱

　?。?）防護(hù)等級(jí)的選擇 從變頻器的防護(hù)等級(jí)來(lái)看，有IP00的，IP20 的，也有IP54的等等，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況作出相應(yīng)的選擇 礦用變頻器由于使用環(huán)境限制一般需采用IP54以上高防護(hù)等級(jí)的變頻器IP。

　?。?）變頻器的容量選擇 在異步電動(dòng)機(jī)確定后，通常應(yīng)根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的電流值（最大值）來(lái)選擇變頻器。

　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可知變頻器的額定電流應(yīng)滿足：

　　I變≥（1.05-1.1）IN或I變≥（1.05-1.1）IMAX

　　I變――變頻器的額定電流

　　IN――驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定電流

　　IMAX――驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行的最大電流

　　按容量選擇時(shí)，則變頻器容量應(yīng)滿足

　　P變≥1.732KINUN10-3（kVA）

　　UN――驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定電壓

　　K――安全系數(shù)，通常取（1.05-1.1）

　　對(duì)變頻器額定電流的選擇必須兼顧變頻器的容量和變頻器的額定電流，否則會(huì)造成變頻器過(guò)載燒毀。由于膠帶運(yùn)輸機(jī)經(jīng)常處于頻繁啟動(dòng)制動(dòng)工作負(fù)載慣性很大，啟動(dòng)時(shí)可能會(huì)振蕩，電動(dòng)機(jī)減速時(shí)有能量回饋，而且重載啟動(dòng)且較頻繁，為利于變頻器長(zhǎng)期安全地運(yùn)行，應(yīng)該用容量稍大的變頻器來(lái)加快啟動(dòng)，避免振蕩并配合制動(dòng)單元消除回饋電能。

　　I變≥1.3IN

　　P變≥1.732KINUN10-3（kVA）

　　K――安全系數(shù)取1.5

　　在變頻器的選型時(shí)還應(yīng)注意，相同設(shè)備配用的變頻器的規(guī)格應(yīng)盡可能統(tǒng)一，便于備品備件的準(zhǔn)備，便于維修管理 選用時(shí)還要考慮生產(chǎn)廠家售后服務(wù)質(zhì)量情況。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　實(shí)際應(yīng)用表明，變頻調(diào)速技術(shù)的引入以其特有的軟啟動(dòng)特性不僅減小了皮帶的張力，使膠帶輸送機(jī)以較平穩(wěn)的工況起動(dòng)、停止，而且增加了系統(tǒng)的可靠性，減少了膠帶傳輸系統(tǒng)的維護(hù)和磨損。變頻調(diào)速技術(shù)是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。