变频技术在带式输送机远距离运输中的应用研究

赵刚

关键词：变频技术;带式输送机;远距离运输

0引言

随着煤炭工艺的不断进步，带式输送机以其多点启动、大功率以及长距离等优势被广泛应用至煤矿开采过程中。但带式输送机的启动摩擦力较大，经常处于满载运行状态，需要张紧输送带后才可以启动，并且会出现冲击载荷大，驱动电机出力不均等问题。因此，启动时应减小加速度，保证平稳性。在长距离运输中，带式输送机大多存在传动效率低，系统运行不稳定等问题，包括输送带断裂、输送带与液力耦合器磨损严重以及谐振跳带等方面。通过使用变频技术可以改变输送机的供电频率，提高整体的运输效率。且改造后可以任意调节系统的加速时问，满足软启动特点，延长了输送带的使用寿命，达到了明显的节能效果。

1变频调速技术工作原理

1.1技术原理

电子器件与控制电路均属于变频调速技术的关键因素，主要变换大功率电能，包括电压、波形以及频率等方面，之后利用变换后的电能驱动电动机，利用机械装置将电能转化为工作系统所需机械能，保证系统运行效率与节能效果。为了完成上述功能，应集中传感器、计算机以及电子电路等部件，采集电机拖动系统运行中的数据信息，进行实时控制，以保证变频调速的控制效果，达到预期水平。

传感器、计算机控制器以及执行器等均属于变频调速装置的组成部分。传感器在电机拖动系统的特殊部位进行安装，完成压力、温度、流量以及转速等数据信息的采集工作，并形成约定标准信号的形式，以此反馈至计算机控制系统，保证控制运算的合理运行。执行器分为2种类型，其中通断开关、阀门以及继电器等机电装置由计算机的控制器进行控制;变频器则接收由计算机控制器输出模拟量或数字量的控制信号，根据电能形态的转换要求改变电能的波形、电压以及频率等指标，保证运行调速效果。计算机控制器在变频器内置微处理器中安装，控制调速，实现矢量、转差频率以及直接转矩的有效控制，改善电机的运行状态。此控制闭环包括电动机、变频器、传感器等部件，可以实现系统的负载启动，根据工作参数要求最大程度地节约电能。

1.2控制装置系统形态

（1）开环变频调速控制系统。不包括计算机控制器与传感器设备，属于早期的变频调速控制装置，设定值由人工完成，利用变频器设备完成调速。

（2）直接数字控制的变频调速系统。利用输入通道采集变频工作数据信息，了解设备的运行状态，并通过模拟量输出通道输出开停与制动等控制信号，根据开关量确定设备启停控制信号与系统运行状态的指示信息，且运算、处理以及变换信息主要在计算机内以数字量形式实现。

（3）分布式变频调速控制系统。该系统包括分级管理、分散控制以及集中操作等模式，实现综合协调，形成分级分布式的控制模式。

2带式输送机变频系统结构组成

系统核心为变频器，利用计算机智能控制算法优化带式输送机的运行负荷，此变频系统可以平衡功率，具备良好的启停功能，在减少能耗、合理控制带式输送机运行速度的基础上，保证了运行效果。其主要结构包括给负载提供调压调频电源的主电路、将工频电源变换为直流电源的整流器、消除回路中谐波的平波回路、将直流功率变换为所要求频率功率的逆变器及变频器保护系统等多个部分。矿用隔爆交流变频器可以实现带式输送机的软启与软停，有效调节运行频率;带式输送机节能控制箱可以实现逻辑控制、通信处理与算法计算。

3变频技术在带式输送机远距离运输中的应用研究

3.1带式输送机运行情况

某煤矿两条带式输送机的整机长度约为340m，测量可知运量为700t/h。空载运行前设备电机电流为40A，采用可控硅软启动模式，后电机电流为50A;负载时前电机运行电流为90A，后电机电流为70A，前后电机电流差别较大。且原采用调速摩擦式耦合器，无法实现调速运行且工作效率较低，具备较大的启动电流。且启动期间需要较大加速度，输送带持续波动被抑制，张力较小，无法动态管理带式输送机的远距离运行。

3.2改造措施

分析煤矿生产现场的实际数据可知，煤矿带式输送机为机头双驱，S型包角，运行功率严重不平衡。2台电机的电流运行差别较大，前电机运行负荷过重，多次出现减速箱故障问题，严重影响了煤矿的开采效果，为企业带来较大经济损失。将几种改进方案进行比较，结合变频启动优势，制定了可行的变频改造方案，增加2台逆变箱、1台滤波电抗箱、1台整流回馈箱以及1台操作台。

（1）整流回馈。煤矿开采过程中的供电电压较高，一般会超出普通变频器的供电电压要求，当变频器使用普通二极管时，变频器直流母线电压会出现过高问题，而导致故障问题的发生，对此应将整流回馈系统应用至公共电源中，在合理范围内控制直流母线电压，采用全控桥整流模式，以保证变频器设备的四象限运行，满足变频器电源的使用要求，提升设备运行的稳定性与可靠性。

（2）滤波单元。网侧配置为1台滤波電抗箱，保证变频器与整流回馈单元在运行期间产生谐波电流滤波，避免受到电源的过多干扰。

（3）主从同步。保证功率最大程度的平衡效果，保证主从同步与功率的平衡效果。当传送带被双机或多机进行控制时，应采用无传感器矢量控制模式，其中1台输送机被设置为主机，从机为其他输送机。之后主机采用速度控制模式，从机采用转矩控制方法。通过CAN总线，为从机传递主机输出的转矩，并将其设定为从机主转矩给定。从机在接收主机运行频率后，完成误差PID计算，并保证给定转矩的合理调整，保证从机与主机的同步控制与功率平衡。

（4）启停带式输送机，保证重载启动的合理性与可行性。在启动时应结合采用变频器软启动与电机软启动模式，电动机实现慢速启动，缓慢启动带式输送机，缓缓释放输送带内部储存的能量，降低带式输送机启动过程中的张力波，不影响输送带的运行。且由于整个过程采用适量控制模式，重载启动时转矩较大且平滑，不会产生冲击电流。

3.3应用效果

经过改造后进行2个月的试运行，发现改造前的问题得到合理解决，运行效果良好。一是平衡功率，当2部带式输送机进行空载运行时，主机与从机的电流误差应保持在6A范围内，重载时保持在5A以内，功率的平衡效果良好。分析看出，改造后带式输送机全天运行良好，功率基本平衡。二是减小了电能消耗，电动机在重载运行时的功率因数较高，空载时功率因数较低，但也在0.5～0.6之间，因此变频器在任何时候均具备较高的功率因素，且2台带式输送机采用电动机驱动，功率为250kW，改造后电动机功率因数明显降低，每天可以运行14h，消耗电能也大幅度减少。经计算可知，改造后的带式输送机系统每天可以节约251kw·h电能。三是降低了停机率，有效延长了带式输送机的使用时间，系统改造后实现了重载与空载平滑的软启动，避免了对输送带的冲击，在延长输送带与其他机械设备使用时间的基础上，降低了机械设备的维修量与停机几率，保证了生产效率，为企业赢得了更大的经济与社会效益。

4结束语

某煤矿带式输送机系统在采用变频技术后，可以有效调节加速时间，满足了软启动效果。为了保证带式输送机的重载平稳启动，应采用高精度控制转矩方法，避免冲击电网，保证主从机功率的平衡性，在降低故障发生几率的基础上，提高了传动效率，节约了电能。