变频控制技术在皮带运输机改造中的应用

张孝峰

（山西晋煤集团泽州天安朝阳煤业有限公司， 山西 泽州 048000）

引言

皮带运输机是煤矿井下常用的运输设备，其安全运行直接影响着井下煤矿运输的效率，是煤矿生产的重要环节。当前泽州天安朝阳煤业井下皮带运输机全部采用液力耦合器来实现软启动，从多年的运行实践来看，该驱动方式存在可靠性差，对多驱系统不能实现功率平衡，机械损伤大等问题。因此，该矿通过技术调研，决定对皮带运输机驱动系统进行主- 从低压变频调速系统的改造，替代了液力耦合器进行软启动的驱动方式，从而提高皮带运输机运行的平稳性和安全性[1]。

1 DTL100/50/132 皮带运输机驱动系统

泽州天安朝阳煤业井下盘区皮带型号为DTL100/50/132，该皮带运输机采用双机驱动，其驱动结构示意图如图1 所示。

图1 皮带运输机驱动系统示意图

该皮带运输机参数：运输能力为500 t/h，输送机总长为600 m，水平运距为280 m，倾角为7°，带宽为1 000 mm；带速为2.5 m/s。驱动电机参数型号为YBK2-250M-4，功率为132 kW，电压为1 140 V。

通过对液力藕合器驱动方式的分析可知，该驱动方式存在以下不足之处：增加空载启动环节过多，水电阻易产生环境污染，皮带强度要求高，多电机驱动转矩不平衡。同时该驱动方式的用电量较高，经济性不太高，因此有必要进行相应的技术改造[2]。

2 变频控制技术的实践应用

2.1 变频器的工作原理

当前采用的变频器主要是以交- 直- 交变频器为主，其组成结构如图2 所示，主要由整流器、中间支流环节、逆变器、控制电路等部分组成。

图2 交- 直- 交变频器工作原理示意图

该变频器利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能，通过该变频器控制装置后，三相交流电的电压和频率均发生了变化，机电设备只需较小的启动电流就能获得较大的启动转矩[3]。

2.2 高压变频器的技术优势

1）可以有效实现皮带运输机的软启动。通过变频调速技术实现了电机的缓启动；同时变频调速技术可以释放皮带内部能量，降低机械损伤，保护胶带安全。

2）可以有效降低皮带强度。通过变频调速技术，可以调整启动时间在1 h 之内，那么通过延长部分启动时间来降低对皮带的强度要求。这样采购的皮带成本、维修保养的成本都大幅度降低了。

3）采用主—从低压变频调速系统可以有效实现多电机驱动时的转矩平衡问题。

4）具有节能降耗的功能。变频器驱动电机可控制皮带运输机的运行速度，实现皮带运输机运行速度随负载变化而变化，大大节约了能耗。

2.3 变频调速控制方案的设计

针对泽州天安朝阳煤业井下盘区DTL100/50/132 皮带运输机的情况，设计了3 种不同的驱动方案。方案I：一拖多并联运行方案；方案II：主- 从控制方案；方案III：统一协调控制方案。

从泽州天安朝阳煤业公司井下运输的现场情况来看，采用主- 从控制方案可以有效控制负载平衡，同时符合电机数量少于3 台及电机间间距小的要求。主—从控制方案设计的示意图如图3 所示，在该控制方案当中，其中一台变频器为主控，确定输出转矩，另一台变频器由主控变频器控制，与其同步运行。变频调速系统只控制电机转矩，不控制从控电机的转速[4-5]。

图3 主- 从低压变频调速系统控制结构示意图

从图3 可知，1 号电机转速由主控高压变频器控制，两台电机的输出转矩由主控高压变频器输出。2 号电机的输出转矩是由从高压变频调速系统控制的。该变频控制系统采用无速度传感器矢量控制技术，实现电机转速精度在0.5%以内。该变频控制调速系统可以实现外部信号连锁控制功能和报警逻辑信号输出功能。

3 实践应用及其效果

2019 年5 月， 对泽州天安朝阳煤业DTL100/50/132 皮带运输机驱动系统进行了主—从低压变频调速系统的改造，并完成了安装、调试、试运行作业。当前，DTL100/50/132 皮带运输机的运行整体稳定，驱动方式的可靠性强。主—从低压变频调速系统可以有效对皮带运输机进行调节，电能消耗有效降低了，运输成本得到了有效的控制。同时皮带运输机的故障率大幅度减小了，设备维修和保养的工作量大大减小。从运行的半年时间来看，无安全问题发生。对DTL100/50/132 皮带运输机驱动系统进行的主—从低压变频调速系统的改造项目是成功的，取得了较好的安全经济效益。