输煤胶带系统中变频器的应用

悦中超 敖伟

摘 要：近年来，煤矿增产降耗的大力号召受到社会各界人士的关注，煤矿生产中各项设备的改进已经迫在眉睫。信息化社会的到来，使变频器在输煤胶带系统中得到广泛使用。变频器可有效降低机械系统的损耗，从而减少日常维护量，降低能耗，具有十分广阔的应用前景。但是，其在露天煤矿的日常工作中的应用尚处于起步阶段，人们缺乏对变频器的正确认识，无法正确应用该装置。该文详细阐述了变频器在输煤胶带系统中的调速原理和实际应用情况，并总结和分析了其应用特征，旨在为相关工作人员提供参考。

关键词：变频器 输煤胶带 节能控制 应用

中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（c）-0086-01

输煤胶带系统作为露天煤矿输送的重要运输设备，具有较强的连续性、安全性和可靠性，运输距离较长且运输能力较大。变频器的应用，通过电压和频率的改变确保交流电动机处于可控状态，以调整胶带运输机的运转速度，实现负载动态调节。因此，深入对输煤胶带系统中变频器的应用进行分析和探讨势在必行，具有十分重要的作用和意义。

1 变频器的工作原理

1.1 调速

基于煤矿企业的特殊性，其胶带系统中变频器多为ABB和西门子，驱动电机多为西门子电机，电机功率均在3kW以上，变频器与控制柜之间通过Profibus-DP（Decentralized periphery）总线模式控制所有通讯设备。Profibus-DP负责传送现场层的高速数据，定期从主站读取输入信息并将对应信息发送至从站，具有循環时间短、低成本特征。变频调速系统主要由整流、滤波、逆变三个单元和控制电路组成。

三相异步电动机工作效率公式为：，该公式中，电动机转速为；电网频率为；电动机转差率为；电动机极对数为，当转速与频率成正相关时，改变电网频率即可改变电动机转速。当电网频率处于0～50Hz中持续变化时，电动机转速可调节范围较广。

变频器即是通过改变电动机频率来自动调节速度的，胶带运输主要通过变频驱动来控制。在皮带机启动过程中，可解决软启动、超过额定转矩约1.5倍状态下的重载起动，使电网和皮带的启动冲击相对减少；而在空载、轻载状态下，变频器可自动降低运行速度，起到节能降耗的作用，在一定程度上，可延长胶带输送机皮带使用寿命，实现多台电动机的拖动平衡。总的来说，变频器的工作原理主要是将电源状态进行调整，由交—直—交转换，通过整流装置进行调节，将工频交流电源转换成直流电源再转换为电压或电流可控制交流电源，为电动机的正常运转提供动力来源。

1.2 实际应用

如图1所示，在变频器实施方案中，将原有1140V电源转换为变频电源，具有频率可调功能，满足160kW胶带驱动电机的使用需求；对驱动器的起动、停止与加减速进行变频控制；将胶带涨紧力、保护器故障信号等进行采集，结合输煤胶带系统的实际情况设定参数，对胶带运行起到保护作用；在机尾设置调速装置。

在采用变频器对输煤胶带系统进行改造后，相比传统的直接起动方式，胶带变频控制起动具有以下特点：减少起动电流，使电机起动时对电网造成的冲击大大降低；优化重载起动性能，采用无速度传感器矢量控制方式，使胶带机在重载状态下，仍能平稳起动；可根据胶带机的载重情况对胶带机运行速度进行调节，不仅提高了有功功率，还大大降低了能耗；由于在起动阶段与停止阶段，胶带机都能保证平稳，胶带张力至少降低了30%，降低了胶带的强度等级，并大大延长了胶带的使用寿命，同时减轻了对机械传动装置的磨损。

2 变频器在输煤胶带系统中的应用特点

2.1 控制优势

将变频器应用于输煤胶带系统，可反映出其优越的软起动与软停止特性。对于变频器而言，其起动时间与停止时间在0～10min范围内是可任意调动的。也就是说，在起动阶段的加速度与停车阶段的减速度都具备可调性。同时，为了使起动更加平稳，还能配置相应的S型加减速时间，将输煤胶带机起动与停止时可能产生的冲力降至最小值，这一控制优势对于其他驱动设备而言，是难以实现的。

2.2 节能优势

由于煤矿的生产条件较为特殊，煤产量极不均匀。同时，输煤胶带系统的运煤量十分不均匀，当负载较轻或无负载时，输煤胶带系统在高速运行状态，会严重磨损机械传动系统，并浪费较多电能。但是输煤胶带系统一旦开启便不会随意停止，否则会对煤炭生产带来不利影响。因此，将变频器应用到输煤胶带系统中，可利用具备独立性的控制系统分别测量本机运输系统的载荷情况以及前级运输系统的载荷情况，通过可控制变频器对速度进行控制，以调节不同载荷情况下输煤胶带系统的运行情况，从而节约大量电能，并对设备起到保护的效果。

2.3 安全优势

输煤胶带系统采用变频控制，从设备运行的安全方面进行分析：将具有良好响应与宽广调速范围的变频器应用到输煤胶带系统中，可有效改善传动的跟踪性，减少胶带抖动现象，使输煤胶带在运行时更加平稳，从而减少胶带受到冲击力的影响，延长胶带减速机的使用寿命；将胶带的交流接触器取消，全方位实现无触点，电磁接触器的使用寿命即可达到半永久性状态。

3 结语

综上所述，变频技术在输煤胶带系统中的应用可有效提高系统效率，从而降低设备维护成本，能创造出巨大的社会效益和经济效益。我国同为煤炭总量丰富和资源消耗型国家，节能降耗作为重中之中，理应得到各领域、各行业的重视。变频器在煤炭产业中的应用顺利了社会发展方向，具有划时代的重要意义。

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