(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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