变频器在煤矿皮带机上的应用宋店波

变频器在煤矿皮带机上的应用宋店波

宋店波

（中煤新集能源股份有限公司安徽淮南232000）

摘要：当前，煤炭生产中应用最为广泛的是皮带机，通过高效传输确保煤矿生产速度与质量，在煤炭生产中，会有许多的煤矿斜井，为了确保煤炭提升，需要使用高效的传输设备进行传输与提升，那么皮带传输方式则有效解决了这个环节，满足了煤炭生产基本需求，煤炭企业生产能力好坏体现在技术应用上，而生产能力又与企业利润直接关联，只有全面提高生产能力，保证生产安全，才能生产出大量的原煤，保证市场总需求。煤矿生产数量和效益好坏受皮带机运输能力和运输效率的影响较大，只有全面做好传输管理与控制，才能提高总量，实现企业利润价值。煤矿生产依然较为传统，特别是在皮带传输方面，还没有突破性进展与改良，影响了煤炭的生产速度与效率，当前，我国传输过程中依然使用的是串级调速模式，这种生产模式较为传统，只能满足于一般的基本调速要求，确保煤炭能够传送，可在实际操作中，由于操作不当、设备原因等往往会出现生产安全事故，其可靠性不高、运行时间长、能耗水平高、功率不足等缺点显现出来，达不到整体生产设计要求。只有全面创新研发节能减排、绿色环保的皮带机控制系统，才能全面发挥皮带机的优越性，实现生产自动化。随着技术不断进步，先进技术得到良好推广，自动控制技术、变频控制技术也在实际中得到广泛使用，全面提升了煤炭生产效率，通过技术的完善。变频器工作原理并不复杂，通过良好应用，不仅能实现煤矿皮带机无级平滑调速，更能够从根本上提高皮带机运行效率，节省传输成本，减少能源消耗，体现更加优越的经济性。

关键词：变频器；煤矿皮带机；应用

引言

变频器具有很多作用，把它应用于煤矿皮带机上，不仅可使皮带机更易操控，而且有助于皮带机实现节能降耗，符合煤矿皮带机的现代化发展要求。为使变频器在煤矿皮带机上得到更好的推广与应用，介绍了变频器的主要作用。

1变频器的技术原理

变频器简称VFD，它的核心技术为变频和微电子技术，归属于电力控制设备的范畴，可通过改变电机工作电源的频率对交流电动机进行控制。常规的变频器由以下几个部分组成：整流、滤波、逆变、制动和驱动单元以及检测单元等。对于传统的机电设备而言，由于是固定电流，因此设备在运行的过程中，无法进行转速变换，也就是说，设备始终以一种转速运行，在这一前提下，能耗较高。变频技术最为突出的作用就是可以通过对转速的调节，来改变电流，从而达到节能的目的。变频器中的各个部件通过相互配合，能够改变电流频率，在不改变电压的情况下，可使半导体的作用得以充分发挥，对机电设备的工作频率进行转化，从而使电流频率具有可变性的特点，在对电流频率进行变换的同时，可使机电设备的运行能耗随之降低，这就是变频器的基本技术原理。

2煤矿皮带机对变频器的特殊要求

由于煤矿皮带机对变频器有特殊的要求，普通变频器不可能直接用到皮带机上。煤矿皮带机对变频器要求有以下主要特点。

1）技术指标高。启动转矩2倍以上，150%额定电流以下连续运行；运行速度曲线成S形，加减速平滑；实现四象限运行，解决能量回馈；完善的数字控制功能。

2）散热性能好。一般的变频器采用风冷和水冷系统散热和降温，由于煤矿防爆的要求，皮带机变频器的所有部件全部在防爆腔内，风冷一般无法实现，由于水冷需要一套水循环和散热系统，维护极不方便，散热问题很突出。

3）电磁兼容突出。变频器工作在煤矿井下恶劣的环境中，容易受到外界的干扰，其输入输出的电压电流含有一定的高次谐波，电磁兼容做的好坏直接影响变频器和周围电器设备的可靠运行。

3煤矿皮带机对变频器选型原则

在选型前，首先要根据皮带机对转速和转矩的要求，确定皮带机最大输入功率：

P=n×T/9950（kW）

式中：P一皮带机要求的输入功率（kW）；

n—机械转速（转/分）；

T—机械的最大转矩（N•m）。

选择皮带机的最大输入功率后，然后选择电机的极数和额定功率。电机的极数决定了同步转速，要求电机的同步转速尽可能地覆盖整个调速范围。转矩取设备在起动、连续运行、过载或最高速等状态下的最大转矩。最后，根据变频器输出功率和额定电流确定变频器的参数与型号。

确定变频器的参数与型号后，还应考虑变频器的外部配置，选择合适的外部熔断器，保护因内部短路对整流元件的损坏，不能用空气断路器代替熔断器；根据变频器的功率选择导线截面合适的三芯或四芯屏蔽动力电缆，变频器到电机之间的动力电缆要选用屏蔽结构的电缆，且尽可能短，以降低电磁辐射的要求；在输入侧装滤波器，以抑制逆变输出电压尖峰，有利于保护电机，同时降低电机的高频损耗和轴承电流，由于滤波器上的电压降将引起电机转矩的稍微降低，变频器与滤波器之问电缆长度不得超过3m。

4变频电控系统分析

4.1主控中心功能

PLC是英文ProgrammableLogicController的缩写，意思是可编程逻辑控制器，PLC是主控中心最为重要的核心控制器部件，其主要功能是能够对现有的信息进行综合处理，是一个承担着枢纽功能的部件，通过运行能够高效快捷的对系统控制工艺做全盘处理和分析，使系统运行更加稳定安全，同时，也能为系统安全提供必要的保护，稳定的运行格局。通过对主控中心的监测，能够对各种工况信息和数据一目了然的进行监测，外部彩色显示器能够全面精准的显示各数据运行变化，实时做出必要的调整，我们可以通过观察，全面分析出数据变化形成的动向，搜索相关的运行数据，这样，皮带输送机静态参数、动态参数、运行趋势等就能够更加清晰明确，便于高效指挥与调整，进一步发挥传输机最大功效，保证整体运行稳定与安全，提高煤炭传输能力。

4.2变频器功能

变频器主要由两个部分构成，即移相隔离变压器功率单元和控制器单元。变频器的广泛应用，从根本上提高了生产整体效率，增加了煤炭产量，变频器的应用，最大限度地提高了整个皮带机无极调速能力，使传统生产方式得到改良，是皮带机最为重要的部件，在运行过程中，就能够直接进行高-高变换，是一种现代最为先进的变动模式，其科技原理较为复杂，总体来看，是与控制算法、有源逆变技术、矢量控制技术、多电平串联叠波技术相结合，最大化发挥了各自技术优势，优化并重组了现有运行模式，使传输运行更加稳定精准，通过输出正弦电流，保证了生产效率提升。

5变频器在煤矿皮带机上的应用方案

5.1系统应用

系统应用效果体现在两个方面：一是能够减少能源消耗。对于一些生产区段煤炭数量少的情况，其整体传输数量不大，那么，就可以根据煤炭传送数量对速度进行调节，使数量与速度相符，既节省了成本，同时也减少了消耗，降低了皮带机运行磨损率；二是提高生产能力。针对大量煤炭生产，需要提高传送速度才能保证任务完成，此时，需要通过速度调节，全面发挥皮带机运输能力，确保煤炭输送量处于满负荷状态，通过全速运行进一步提高皮带机速度，保证了煤炭生产任务如期完成。

5.2系统结构

变频器全面在煤矿皮带机上的应用，大大改变了传统生产方式，其系统更新与改良后明显优于现有运行模式。为了进一步减少改良成本，需要合理计算与设计，确保在充分发挥变频器的基础上，达到节省投入的目的，所以说，进行应用与改造方案设计，其基本原则是坚持成本节约，充分保证发挥原有功能基础上，避免出现影响皮带机电气性能、运输能力的问题，设计安装时，要根据生产能力解决好技术问题，对现场调研是重点，需要综合考虑煤矿现场工况、变频器性能、工作运转水平等实际条件做好现场改良。运行方式可以根据生产量做出正确的选择，可以是“一拖一”或“一拖二”的设计，不同的生产总量与性能和模式有直接关联。“一拖一”就是一台变频器拖动一台电机，确保电机在原有基础上改良生产状况；“一拖二”主要是指一台变频器拖动两台电机，提高原有运行功率。为了保证自由调节，可以根据“工频”和“变频”两种运行方式做出优先选择，也可以两种运行方式同时使用，使不同的频率间能够形成最大限度的自由切换，通过科学有效的变频调节，达到连续稳定生产传输的根本目标，充分降低生产能耗。

5.3系统功能

整个系统运行效率较高，其功能强大，主要表现在几个方面。一是能真正实现皮带机软启动。全面的应用变频器，能够大大改良现有煤矿皮带机功能，在皮带机驱动电机时，变频器可以实现变频控制，确保电机低频大转矩启动，使皮带机控制系统能够达到软启动的目的，有效解决了启动问题并延长了电机寿命。二是能实现多电机驱动功率平衡输出。通常指的是“一拖二”运行模式，通过对两个电机的有效控制，使两台电机电流、功率、力矩达到相同的数值，形成均衡的功率输出。三是能降低皮带机带强。变频器启动能在1s～999s内随意调节，实际作业时多设置在60s～200s范围内，能够降低皮带机在启动过程中对整个机械设备的冲击，降低故障率和维护量，减少皮带机带强，更好地维护设备，降低皮带机全年的维护量。四是能实现节能降耗。根据煤仓煤量对变频器输出频率调节，避免电动机功率浪费。

6变频器的应用效果

6.1实现软起停

通过变频器对煤矿皮带机进行驱动，能够借助电机的慢速启动带动皮带机缓慢起动，从而使皮带机中存储的能量得到缓慢释放，这样一来，皮带机在整个起动过程中所形成的张力会大幅度减小，基本上不会对皮带机造成损害。在皮带机停车时，可利用变频器调节速度，由此可减少停车时的冲击，保证了皮带机的安全。

6.2确保功率平衡

国内大部分煤矿中使用的皮带机均为双滚筒或多滚筒驱动，运行方式为一拖一控，变频器应用后，可将控制方式变为主从控制，由此能够使功率达到平衡，从而保证电机的同步性能。

6.3减少维护量

对于变频器而言，它本身是由电子器件组合而成，其可以将机械设备的寿命转换为电子器件的寿命，在这一前提下，变频器可以使皮带机的维护量随之减少。具体应用中，变频器的加入减轻了皮带机的起动冲击，机械系统的损耗随大幅度减少，检修工作量随之降低，托辊和滚筒的使用寿命比未应用变频器之前提高数倍。

6.4节能降耗

为保证煤矿生产作业的有序进行，矿井中使用的电机在设计时都会预留出较大的裕量，但由于绝大多数时间内，电机无法达到满载运行，从而导致电能损失，这种情况在皮带机中非常突出。应用变频器之后，可按负载对皮带机的速度进行自动调节，电机与减速器之间直接联系，减少了中间的液力耦合器环节，传递效率随之提升。同时变频器的稳定功能可以为皮带机提供稳定的电压，由此可以达到节能的效果。鉴于变频器的上述作用，各大煤矿应当对它的应用给予足够的重视，并在现有的基础上加大对变频器的研究力度，解决应用中存在的各种问题，使变频器的作用获得充分发挥。

结语

变频器在煤矿皮带机上的应用，使皮带机功率显著提升，节能效果明显，皮带机整体运行的可靠性、安全性大幅提升，在国家大力提倡节能减排、倡导绿色生产的今天，皮带机电控系统技改对社会发展有着良好的促进意义。

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