变频技术在大功率刮板输送机上的使用

查伏强

摘 要：梅花井煤矿引进的宁夏天地奔牛SZK3000型煤矿成套智能控制刮板输送机运输系统，采用了变频调速技术，整套刮板输送机设备经过采煤工作面现场调试及使用。变频调速技术基本能解决传统双速电机在使用过程中的一些问题，大大降低了工作面刮板输送机的故障率，提高了综采工作面运输系统的安全性和生产效率。

关键词：变频 大功率 刮板输送机 节能降耗

中图分类号：TD323 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）09（a）-0022-02

在国际上，现代化煤炭开采技术已经实现了应用以太网控制综采工作面采煤设备、支护设备、运输设备等一体化的自动化综采工作面。经过近几年煤炭行业的快速发展，国家采煤工作面设备装机功率逐步增加，采煤技术日新月异，综合机械化采煤技术已达到发达国家的先进水平，在相当数量的综采工作面刮板输送机采用变频技术，并且达到了一定的效果。

1 设备使用情况简介

伴随着现代化综采工作面采煤新技术的应用，工作运输设备装机功率逐代增加，工作刮板输送机传动装置由较为先进的进口CST或TTT等可控液力耦合器取代了原有的传动系统。因为原有液压联轴节传动方式在现场使用过程中很难实现较大功率运输设备的使用，并且双速电机驱动方式容易造成机械冲击和电气冲击，易发生启动困难、跳链等安全事故。而采用CST和TTT类型的驱动方式配件费用高，进货周期长，严重制约综采工作面产能的释放。

梅花井煤矿1110204综采工作面走向长度为5千米左右，如果刮板机维护不到位，造成刮板机链条拉伸，在生产过程中链条很容易过负荷拉断，影响安全生产，在选择使用了成套智能控制系统，经过采用变频技术在综采工作面大功率装机输送设备上的使用，很大程度上减少了工作面刮板输送机运行中的故障，提高了工作面生产设备的有效开机率，确保了安全生产。

传统的双速电机在正常启动时候，对链条强烈冲击，大功率刮板输送机在生产过程中负载量大，运输距离长，启动频繁且多为带载启动。受地质条件约束，工作面运输设备现场条件差，有时出现刮板输送机随时停机的现象，在再次启动时造成刮板输送机链条受重载，工作面刮板输送机在重载下启动困难，容易造成启动不起来的现象。现场只能采用多次低速运行的方法启动设备，容易造成烧毁电动机、断链、断齿等现象。更为严重的是，长达220～250米的刮板输送机在重载时启动不了，又不得不人工卸载，极易造成停产或安全事故。采用多机驱动方式，启动困难，对刮板输送机冲击大，尤其在高低速转换过程中出现速度阶跃变化，有动力冲击现象。载荷的变化导致多机驱动系统中各电机负载分配失衡、负载震荡，从而造成刮板输送机转动系统和链条组件中应力过大，严重时甚至烧毁电机。

在综采工作面，刮板输送机输送能力是决定综采工作面产能的重要设备之一，为了提高综采工作面运输设备的运输能力，就必须提高刮板输送机装机功率。在生产过程中，刮板输送机故障是造成工作面停产的重要因素。采用变频技术可以大大缓解甚至于解决了传统双速电机的在现场使用中的很多问题。变频技术可实现大转矩启动设备、且起动及停车平稳等优点，同时能够满足交流电动机任意负荷状况下的启停车，从根本上解决了这一问题，同时增加了设备的使用寿命。使用一根电缆，各变频器之间自动调节，实现多态电机功率平衡。

2 变频器技术的工作原理

交流异步电动机调速时，一个重要的因素是希望保持电动机的电磁转矩不变。若要保持电磁转矩不变，只有保持主磁通量？m为额定值不变。异步电动机的变频调速必须通过变频装置获得电压、频率均可调节的供电电源，实现所谓的VVVF调速控制。

当前最广泛使用的交— 直—交变频器，其基本结构由主电路和控制电路组成.

（1）整流器：整流器又称电网侧变流器。（2）逆变器：逆变器又称负载侧变流器。（3）中间直流环节：中间直流环节和电动机之间有无功功率的交换，这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容或电感）来缓冲。（4）控制电路：其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。

2.3 成套智能控制系统

成套智能控制系统对于保护电动机、避免对链条强烈冲击、实现设备平稳启动和可靠运行等起着至关重要的作用，可以实现如下功能。

（1）电站控制操作简单： 运输机开正反转和高低速不用在开关上调整，直接在操作台就可以实现一键转换，而且是在运行过程中，直接切换。

（2）调速范围大： 通过变频器频率可以实现刮板运输机的无极调速，消除了调速过程中对刮板输送机机械部件的冲击。

（3）维护容易： 由于采用变频技术能够容易的实现刮板运输机运行速度的控制，通过控制刮板输送机的运行速度，能够精确地控制运输设备的停止位置，可以方便地检修设备故障点，人眼能清楚看清反应刮板跳动螺丝松动等情况。

（4）保护设备： 使用变频器后运输送机为匀加速启动，启动时间较长，运输机启动运行缓慢平稳，在生产过程中很大程度上减小了刮板运输机的启动负荷，刮板运输机整体传动系统所受载荷也响应的减小、刮板输送机机头、机尾电动机实现功率分配平衡，机械故障有所降低，提高了生产效率。

（5）便于生产参数调整： 在生产过程中当运输机上煤量大时，刮板运输机低速运行，现场操作人员根据刮板输送機运输效率调整采煤机的速度，实现工作面安全生产。正常情况下如果出现设备故障，刮板输送机可以实现机头机尾单机运行、工频情况下直接启动和直接手动软启动，大大提高了设备的有效运行，更有利于煤矿的正常生产。

（6）节约动力电缆： 现在正常的双速电机都需要两根电缆作为动力缆线，而使用变频技术对电机进行控制则使用一根电缆，按照梅花井矿综采工作面正常设备配置，一套工作面设备一共可以节约1100米动力电缆。

（7）节约能源：采用变频技术实现了对刮板输送机的调速控制，均衡分配生产中的电机负荷，节约了能源；通过电动机的软启动方式，减少了设备的机械磨损，节省了配件费用，降低了生产成本。

3 变频技术在大功率刮板输送机上的应用

变频技术应用于大功率刮板输送机是一种新型的软启动技术。煤矿成套智能控制系统在梅花井综采工作面取得了较好的效果，在使用的这几个月以来，机械事故率极低，效益十分明显，最大产量达到月产56万吨，而且刮板输送机的修维成本极低，这样，变频技术在煤炭生产设备上得到了广泛的应用。该文介绍了这种软启动技术相对于其它启动设备的一些优缺点，但是这种技术的一系列关键技术问题还需要进一步加强，这种系成套统软启动技术要成为一种真正在煤矿中实现具有实用性的方法，还需要如下问题有待研究：

（1）在综采工作面生产过程中，受地质条件影响变频器在现场使用条件差，受温度、湿度、煤尘等条件制约，变频技术的应用受到一定的限制。由于隔爆箱体的应用，导致变频器散热能力较差，易出现高温老化，影响使用寿命，保护过于灵敏就会影响工作面的正常生产。

（2）大功率变频器的使用会在电动机中定子绕组中有比较明显的电感，而电感有持流作用，因此变频器在实际生产过程中，影响到其他设备运行质量。并且对供电电网产生一定的影响，必须采取有效的防护措施解决之一问题。。

（3）尚许考虑加载启动动态过程的实验验证与分析。

（4）考虑对变频设备的反向冲击带来隐患的解决方法。

（5）对电流—转速多机功率平衡方法向实用化发展的一系列具体问题还需要进一步研究。

参考文献

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