综采工作面刮板输送机电控装置的应用

张健，苗向民

(华亭煤业集团 新窑煤矿有限责任公司，甘肃 崇信 744100)

0 引言

新窑煤矿位于甘肃省崇信县新窑镇，隶属华亭煤业集团有限责任公司。矿井为一井一面生产格局，单水平上下山开拓，采用走向长壁综采放顶开采方法和全部垮落法管理顶板。由于矿井所采煤层硬度系数较低，在综采工作面采煤机进刀或刮板输送机推移过程中，经常会出现煤壁片帮，造成刮板输送机上煤量过大、刮板链卡死等恶劣情况，导致其意外过载和频繁停机；同时由于煤尘、岩尘、水、泥和拉回煤的影响，造成刮板输送机链条及刮板摩擦力增大，刮板输送机运行中会出现严重的冲击和刮卡。故刮板输送机的启动运行一直是困扰矿井正常生产的难题，因此，新窑煤矿一直致力于刮板输送机电控装置的改进。

1 4503工作面设备配置分析

4503工作面采用SGZ730/2×160型中双链刮板输送机，配置YBSD-160/80-4/8型矿用隔爆型双速三相异步电动机驱动，配套1台QBZ-6×200/1140(660)ZH矿用隔爆型组合真空电磁启动器进行启停控制。

组合真空电磁启动器额定电压为1 140 V，电动机高低速额定电流为98/63A。在刮板输送机空载和重载情况下，组合真空电磁启动器显示的电动机启动电流可达额定电流的4～7倍，供电距离较远的电动机启动电流可达额定电流的8～10倍。从而导致电动机输出转矩降低，造成难启动的工作现状。同时电动机低速向高速转换时，会出现较高的电流峰值，对设备和电网产生冲击。且高低速切换依赖人工操作，过载保护能力差，启动电流大，过电流保护能力不足。因此，经实际应用分析，传统的双速三相异步电动机配套组合真空电磁启动器的控制方式，已不适用于现在功率逐渐增大的工作面刮板输送机。

2 5401工作面设备配置分析

5401工作面采用SGZ764/2×315型中双链刮板输送机，配置YBSD-315/160-4/8型矿用隔爆型双速三相异步电动机。刮板输送机电控装置先后使用1台QJR1-4×400/1140(660)-4型矿用隔爆兼本质安全型交流真空组合软启动器和2台 BPJ1-400/1140G型刮板输送机用隔爆兼本质安全型交流变频器，并配套2台DKB-250/1140L型矿用隔爆型滤波电抗器进行启停控制。

实际应用中，组合软启动器回路采用3对反并联晶闸管和智能化模糊控制技术，通过电流的闭环调节来完成调压启动控制，实现电动机的软启动、软停止[1-2]。在电动机空载、半载、满载的情况下，启动器均能平稳启动。具备4种软启动方式：一是调压启动方式,启动器接到启动信号后，在限定的时间内输出电压从初始值线性增长到额定电压；二是限流启动方式,根据负载电动机的电流状态，使被控电动机的端电压非线性增大，依电动机的调压特性运行；三是限流+突跳启动方式,检测负载电动机的电流状态，当电流达到4Ie时，进行500 ms的全压突跳启动然后转限流启动方式；四是调频启动方式,在降低电动机定子电压的同时，使电动机处于调频工作状态，使启动力矩达到被控电动机额定力矩的1.4倍，同时使启动电流小于4倍电动机的额定电流，启动一段时间后再以限流启动方式控制输出电压。

软启动器额定电压为1 140 V，正常情况软启动器直接驱动电动机高速绕组，额定电流为192 A，在刮板输送机空载和重载情况下，软启动器显示的电动机启动电流值一般为额定电流的3～4倍，相比较组合真空电磁启动器，电动机的启动电流大大降低[3]。虽然软启动器可直接驱动电动机高速绕组，但启动电流仍较高，若驱动电动机低速绕组，依赖人工操作，仍给正常生产带来了不便，启动性能较差，设定时间内达到全速，不能完全实现无级变速，不能有效解决重载启动问题，故决定更换为变频器。

变频器变频调速是通过改变电动机定子绕组供电的频率来达到调速的目的，即把工频电源(50 Hz)通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件(GTO、GTR 或 IGBT)组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电，采用微处理器编程的正弦脉宽调制(SPWM)方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电动机，实现无级调速[4-5]。其变频器额定电压为1 140 V，变频器直接驱动电动机高速绕组，额定电流为192 A，根据现场应用情况，电动机启动电流一般在0～30 A左右，变频器可根据电动机的负荷变化，调整电动机的工作频率，达到所需的转速与扭矩，在刮板输送机轻载及重载的情况下，电动机启动电流值均较低。同时变频器可与现场传感器设备形成闭环系统，实现电动机重载软启动、软停车和运行过程中的变频调速控制，具有低启动电流、平稳的启动速度、可调的启动时间、对电网的冲击小、输出力矩大等优点。

但变频器运行过程中仍存在一些问题[6]:一是变频器中的非线性整流器件产生谐波对电网产生传导干扰，影响电网供电质量；二是变频器的输出部产生的电磁辐射干扰，影响周边电气设备的正常工作。虽然每台变频器均配备了1台滤波电抗器，但仍对附近电网造成一定影响，尤其是对控制系统影响较大，易造成信号失真和错误(因工作面条件受限，控制通信线缆与动力电缆间距离小)。所以，应用变频器的同时，必须采取减少或削弱变频器谐波及电磁辐射的措施，必要时需单独配置移动变电站，既要考虑效果，又要考虑价格因素，还要因现场情况而定，从一定程度上增加了生产成本和人员劳动强度。同时变频器运行方式为一托一，即1台刮板输送机需配置2台变频器和2台滤波电抗器。由于新窑煤矿工作面煤层较软、顶板易下沉，单台变频器和滤波电抗器尺寸较大，占用空间大，给现场安全管理带来了困难。

3 5501工作面设备配置分析

磁阻调速电动机为定转子双凸极 12/8 齿结构，定子齿上有集中绕组，每4个齿的绕组相连接，构成三相绕组，转子材料与定子相同，不含铝或其他金属材料，没有鼠笼结构，机械强度高[7-9]。当某相绕组通电时，将产生1个使邻近转子齿与该相绕组轴线相重合的电磁转矩，顺序对各相绕组通电，则可使转子连续转动。改变通电次序，可改变电动机转向，控制该电流的大小和通断电时刻，可以改变转矩和转速，电动机运行的低速、中速、高速采用不同的控制方式，开关频率低，效率高，对外干扰小。

磁阻调速驱动系统额定电压为1 140 V，电动机额定电流为130 A，开关磁阻调速器为一拖一运行方式。在刮板输送机空载和重载情况下，开关磁阻调速器显示的电动机启动电流值一般为10～30 A，最大启动转矩可达2倍额定转矩。磁阻调速系统可根据刮板输送机启动负载的大小调节启动时间，在需要重载启动场合具有很大的优势，且无电网与机械冲击。采用开关磁阻调速系统，可随负载变化实时快速调节刮板输送机运行速度，速度调节范围为400～1 500 r/min，可较好适应采煤机、转载机、带式输送机运行状态多变的情况。在额定转速和不同负载下都具有较高的系统效率，可减少刮板输送机轻载状态下的磨损和大煤量时转载机、带式输送机过载等故障。

4 结论

通过对4503、5401、5501综采工作面设备配置的技术分析，探索出真正适用于工作面刮板输送机的电控装置为磁阻调速驱动系统，不仅能满足多种工况的要求，而且实现了节能降耗，提高了经济效益。