煤矿胶带输送机变频调速系统技术改造

张亚军 任爱民

摘要：随着煤矿生产的发展，长距离，大运量、大功率带式输送机在煤矿上的使用量也愈来愈多。合理选择大型胶带输送机的驱动方式，能够实现可调的、平滑的而无冲击的启动力矩，减小输送机运行过程中的动张力，改善输送机整体的受力状况，保护电网免受冲击，减少输送机运行过程中的功率损失，提高输送机电控系统的稳定性、可靠性、安全性。实际应用表明采用变频控制系统对输送机进行变频调速控制可以较好的实现力矩—速度控制功能，提高整机运行过程中的安全稳定性。

关键词：煤矿；胶带输送机；驱动方式；变频控制系统；技术改造

引言

胶带输送机是以输送带兼作牵引机构和承载机构的一种连续动作式的运输设备，它在矿井地面和井下运输中得到了极其广泛的应用。带式输送机要求驱动系统能够提供可调的、平滑的而无冲击的启动力矩，以减小动张力，从而改善输送机及整机的受力状况，并保护电网免受冲击。在多台电机驱动情况下，要求各驱动装置之间能够做到功率基本平衡，或者说具有合理分配驱动功率的能力；对于长距离胶带输送机还要求提供慢速运行以满足日常检修维护；对于大功率、高耗能、长时运转设备还应要求具有明显的节能效果。变频调速控制驱动方式是一种值得尝试推广的新技术，通过实践应用具有较好的使用效果。

1.胶带输送机变频调速系统工作原理介绍

1.1交流变频调速技术的基本原理

交流电动机变频调速技术是在近几十年来迅猛发展起来的电力拖动先进技术，其应用领域十分广泛，该技术是一种以改变交流电动机的供电频率达到交流电动机调速的目的，是利用电力半导体元件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能装置，其基本原理是通过整流桥将工频交流电压变换为直流电压，在通过逆变器转换为频率，可调的交流电压作为交流电动机的驱动电源，使电动机获得无极调速所需的电压和电流，根据电机负载的变化实现自动、平滑的增速、减速，是一种无附加转差损耗的高效调速方式，可以大幅度提高工作效率，减少能源空耗。现在的交流变频调速技术是微机技术、电力电子技术和电机传动技术的综合应用，是强弱电混合、机电一体的综合性技术。

1.2皮带机变频调速系统工作原理介绍：

皮带机采用电控、变频设备进行变频调速控制。该设备包含2变频器，一套电控系统、一个操作台及其它皮带机综合保护。

1.3电控变频设备的工作原理：该设备采用集中控制的方式，把所有皮带机保护（煤位、跑偏、烟雾。温度、速度等）集中采集到PLC中按工艺要求对其实施精确控制；并在操作台上反映当前的设备状态、控制方式及各种保护当前状态等。便于直观观察皮带机的当前运行状况和对设备的检修维护。

2.工业实践试验效果

试验地点：陈家山煤矿420工作面运顺顺槽胶带输送机。

该胶带输送机型号为SSJ120/180/2×200，输送机功率为400KW（單机功率为200KW），铺设长度为1000m，巷道倾角为0—6°，使用上述胶带输送机变频调速系统，主要效果如下：

（1）控制电机的启动电流

变频调速可以在零速零电压启动（可以适当增加转矩提升)，一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以按照V/F 或矢量控制方式，带动负载进行工作和变频调速，能充分降低电机电流。

（2）降低电力线路电压波动

电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如PC 机、传感器、接近开关和接触器等均会动作出错，而采用变频调速后由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度上消除电压下降。

（3）可控的加速功能

工频启动时对电机或相连的机械部分（轴或齿轮）都会产生剧烈的振动，这种振动将进一步加剧机械磨损，降低机械部件和电机的使用寿命，而变频调速能在零速启动并能按照控制需要进行光滑地加速，而且其加速曲线也可以选择(直线加速S 形加速或者自动加速)。

（4）可调的转矩极限

变频调速能够设置相应的转矩极限来保护机械不致损坏，特别是输送机过载时能自动停车，保护皮带。在工频状态下只能通过检测电机的工作电流值或过载保护来进行控制而无法像变频控制一样设置精确的转矩值来实现过载保护。

（5）提高了功率因素，节电效果明显

工频运转1140v时，cosφ=0.75以下。使用变频后cosφ=0.95以上，有功功率提高。其次皮带机电机根据煤量按35-50HZ变速运转，降低电能消耗，因此节电效果明显。根据矿井电力负荷计算统计：该部输送机平均日电耗使用变频器前为2560 kwh，使用变频器后为1966 kwh，可节电20%左右。

（6）可逆运行控制

皮带机正常运转是正向运转，但在检修做卡头时需要倒车，即逆向运行。在变频器控制中要实现可逆运行控制无须额外的可逆控制装置，只需要改变输出电压的相序即可，即按一个按钮，就能慢慢倒转，检修时方便快捷。而原来的系统检修时要反向“倒车”很难控制皮带机运行速度检修安全威胁大。

（7）减少机械传动部件

由于目前矢量控制变频器加上同步电机就能实现高效的转矩输出,从而节省齿轮箱等机械传动部件,最终构成直接变频传动系统，从而就能降低成本和提高稳定性。

经运行情况表明该系统可长期可靠地应用于长距离带式输送机等恒转矩负载，具有起动转矩大，过载能力强等特点。可在轻载、重载等各种工况下可靠、有效地控制带式输送机柔性负载的软启动/软停车整个动态过程，并在全过程中实现各胶带机的驱动电机之间的功率平衡和速度同步，并提供可调验带速度，由此降低快速起动/快速停车过程对机械和电气系统的冲击，避免洒料与叠带，有效抑制胶带输送机动态张力波可能对胶带和机械设备造成的危害，延长输送机使用寿命，增加输送系统的安全性和可靠性。

3.结语

煤矿企业大功率电机很多，利用高压变频调速技术对煤炭企业现有设备进行技术改造，完全能实现改善工况点、提高效率、节省电能的目的。随着科学技术的不断进步，高压交流电动机变频调速技术已日趋完善，在煤矿企业技术改造和产品更新换代及在节能和实现生产过程自动化方面都取得了明显的效果。本文介绍了变频调速技术在矿井胶带输送机上的成功运用，从使用效果可以看到该技术值得借鉴推广。

4.参考文献

(1) 陈维健.齐秀丽.《矿山运输与提升设备》. 中国矿业大学出版社.2007

(2) 何超.《交流变频调速技术》.北京.北京航空航天大学出版社.2006

(3) 吴忠智.吴加林.《中（高）压大功率变频器应用手册》.北京.机械工业出版社.2003

(4) 浣喜明.姚为正.《电力电子技术》.北京.高等教育出版社

5.作者简介

张亚军（1963年—），男，机械工程师，现任铜川矿业公司陈家山煤矿机电副总工程师，从事煤矿机电技术管理工作。

任爱民（1982年~），机电工程师。2006年毕业于黑龙江科技学院机械设计制造及其自动化专业，现任铜川矿业公司陈家山煤矿机电动力科副科长，从事煤矿机电技术管理工作。