变频电控系统在下运带式输送机中的应用

兰晨璐

（虎龙沟煤业公司机掘三队，山西 朔州 038300）

虎龙沟煤矿北翼-540～ - 815m水平皮带斜井下运带式输送机采用传统的液力耦合器配合减速机传动方式。在运行过程中因启动电流大，导致带式输送机的机械部分磨损严重，同时无法保证多电机驱动功率的平衡，需对其进行变频控制技术的改造。

1 工程概况

虎龙沟煤矿北翼-540～ - 815m水平皮带斜井采用三段式皮带下行传送。首段向下运输，运输长度为744m，倾角为-17°；中段为水平运输，运输长度为724m；末段向下运输，运输长度为1694m，倾角为-9°。运输能力为600t/h，带宽1.4m，带式输送机运行速度为2m/s。

2 变频电控系统的研制

针对该下山带式输送机研制了新型的变频电控系统。对下运皮带的运行工况和速度控制要求进行了分析，在此基础上提出了基于大功率四象限变频器采用磁场定向控制技术的下运皮带变频电控策略和大能量回馈制动的实现途径，减轻对电网的冲击，实现节能经济运行。对涉及的多电机功率平衡问题、大功率防爆变频器散热问题、系统保护问题等进行了详细分析并提出了解决方案。

（1）研制了1140kV/560kW矿用防爆兼本质安全型四象限变频器。当电机工作在电动状态时，变频器工作在第1、3象限，当电动机工作在发电状态时，变频器工作在第2、4象限，通过控制逆变电压相位和幅值将能量回馈到电网，达到节能的效果。

（2）应用了大功率回馈制动技术。项目采用有源逆变技术，既有良好的制动效果，又将动能转化为与电网同频率、同相位的交流电能回馈电网，向电网送电而达到回收能量的效果，主电路结构采用双电流追踪型PWM整流器组成方式。采用滞环电流比较能控制功率的双向流动，具有很快的动态响应速度且对电网污染小，实现了制动力矩可调、重载启车制动力矩零速保持、多机制动力矩平衡等功能。

（3）应用了先进的矢量控制。项目矢量控制技术中采用FORCE技术，可以独立控制电机的磁通量和转矩电流来实现精确的转矩和速度控制。

（4）采用多电机功率平衡。项目通过理论推导得出了电机供电频率和牵引力的对应关系式，通过电机电流检测和闭环控制实现了下运皮带各运行工况的多机功率平衡，提高了皮带运行的经济效益。

3 下运带式输送机变频电控系统改造方案

3.1 变频电控系统

新型变频电控系统包括变频柜、主控台、制动柜、电源柜四大部分，将装置安装在控制室内。变频控制系统的主控台是司机操作系统的平台，可以显示系统各个部分的运作状态。主控台为技术先进、性能可靠的西门子S7系列可编程控制器，可完善地处理全部运输工艺要求，运行状态显示采用了普洛菲斯公司生产的触摸式彩色液晶显示屏。系统具有联网功能，可将输送机的各种运行状态远传到调度室等地进行监控。司机能根据掌握的带式输送机运行状态和参数，通过操作控制台上按钮来操作设备，保障其正常运行。

3.2 系统特点

新型变频电控系统可以设定皮带的启动时间、运行速度，有效地降低设备的机械冲击。带式输送机的皮带更换、故障检修、维护和保养会因为运行速度可调而变得非常便利。带式输送机可根据运输的煤量而进行降频使用，节能效果显著。主控台能对带式输送机的运行参数进行实时监控，降低了故障的发生率。系统具有多种故障报警保护功能，可实现带式输送机的保护。

4 实践运行效果分析

2018年2 月，虎龙沟煤矿北翼-540～ - 815m水平皮带斜井下运带式输送机已完成了变频电控系统的改造、安装和调试工作。从当前的运行情况来讲，效果良好。主要体现在以下几方面：

（1）带式输送机主驱动电机由变频器控制，可实现系统的软启动。电机的软启动与带式输送机的软启动模式有效地避免了启动时发生的高电流对带式输送机的冲击。

（2）变频控制系统的应用可以有效平衡多电机驱动的功率，消除功率不平衡的现象。合理的主从控制方式保证了输送机系统正常工作，防止了驱动滚筒与输送带的滑动、输送机系统的共振，减小了输送过程中的电气冲击、弹性振动和机械振动，延长了输送机输送带、托辊、减速器，滚筒装置的使用寿命，节省能耗。

（3）变频技术具有输入谐波小、功率因数高、输出脉动转矩小、软启动、可靠性高、维护方便等优点，大幅降低企业的生产成本和设备维护成本。

（4）变频控制系统可以有效地调节带式输送机的运行速度，在该状态下可以有效地进行皮带的维修和保养工作，提高带式输送机的维修效率。

（5）变频控制系统的应用，减少了液力耦合器使用环节，提高了带式输送机的传送效率，实现了节能的要求。

5 变频控制系统改造的经济效益分析

（1）电费的节约。变频控制系统改造应用后，带式输送机电机在负荷率≤70%的情况下，用电量大为降低，同时可根据煤量来调节皮带的运行速度，节约了电能的消耗。从2018年2月至2018年8月半年的时间统计来看，平均实现节能36%，有效降低了生产成本。

（2）维修费的节约。变频控制系统对电机实现了软启动和软制动，电机轴上平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，电机的寿命也大大提高，为企业节约维修费用。

（3）人力费的节约。变频控制系统的配置灵活，自动化程度高，功能齐全，可以通过远程通信进行监控，实现无人值守，节约人力配备。

6 结论

以虎龙沟煤矿下运带式输送机为研究对象，进行了变频电控系统的改造应用研究。实践应用效果良好，提出的基于大功率四象限变频器，采用磁场定向控制技术的下运皮带变频电控策略和大能量回馈制动的实现途径，减轻对电网的冲击，实现节能经济运行。