变频技术在皮带运输机调速系统中的应用分析

变频技术在皮带运输机调速系统中的应用分析

解红胜袁聪聪

解红胜袁聪聪

中钢集团?山东富全矿业有限公司山东汶上272500

摘要：在铁矿的生产活动中，皮带运输机是一种十分重要的运输设备，一旦出现问题，不仅会造成巨大的经济损失，还会带来一定的安全隐患。因此如何提高皮带运输机的性能、节能延长其使用寿命已成为研究的重点。在铁矿皮带运输机中应用变频技术能够很好地解决节能和延长皮带运输机寿命问题，帮助企业积极响应国家节能减排政策，提高企业的经济效益，有助于铁矿企业的长远发展。鉴于此，本文主要分析变频技术在皮带运输机调速系统中的应用。

关键词：变频技术；皮带运输机；调速系统

把交流电的电压和频率进行改变是变频器的主要作用，然后通过对机电设备的运行速度调节，达到节能降耗的目的，目前在铁矿领域应用较多。皮带运输机主要是对铁矿井下煤炭进行运输，要想铁矿企业具有良好的生产效益，那么其安全高效运行就显得很有必要。考虑运输皮带的弹性特征，其启动方式应该采取软启动。我国国内很多铁矿都通过液力耦合器来完成软启动，但其缺点较为显著，如污染性、高耗能性、多电机转矩不易平衡等。驱动电机选择变频技术能够实现对上述问题的解决。

1、概述

变频器的作用主要是改变交流电的电压和频率，进而调节相关机电设备的运行速度，目前在铁矿领域获得了广泛应用。皮带运输机作为铁矿井下煤炭运输的主要设备，其安全高效运行是铁矿矿井具有良好生产效益的重要前提。由于运输皮带具有一定的弹性，根据相关规定，皮带机应采取软启动方式启动。国内铁矿目前多采用液力耦合器来实现软启动，但存在着能耗高、污染环境、多电机转矩难以平衡等缺点。驱动电机采用变频技术，能很好地避免这些问题，将逐步替代液力耦合器。

2、矿用皮带机变频系统特征及工作原理

矿用皮带机变频系统能够在工作中实现皮带机的沿线保护、各类温度保护、张紧装置、变频软启动系统的集中统一控制，将原本各自独立的部分重新整合成一个系统，对系统的安全性和可靠性有很大提升。同时，该系统还可以利用现场总线技术实时监控皮带机，而且还有利于成本控制；在信息共享方面也达到了实时性和高效性；在控制系统的维护方面更加便捷。控制箱的触摸屏拥有汉化界面，对于系统的信息显示和当前状态显示非常清晰，有利于操作员和管理员随时了解系统的状态及故障原因，提升了工作效率。

矿用皮带机系统工作原理主要是利用单片机与大规模CPLD之间的互补性。在矿用皮带机变频系统中，同时运用这两类器件相结合的电路，CPLD主要负责对信号进行采集与预处理，而单片机则负责对数据做相关的运算与判断等，两者相结合实现高性能的微机模式。在这个过程中，通过对不同传感器的合理配用，可以实现胶带运输机的低速、堆煤等功能，同时还能实现报警和自动洒水功能。

变频器接线与调速原理见图1。

图1变频器接线与调速原理

3、变频技术在皮带运输机调速系统中的应用分析

3.1、初始阶段

铁矿皮带运输机在启动过程中，皮带自身的静阻力会随着皮带的运动而转变成动阻力。随着运输机的启动，皮带的传送装置会使皮带表面的振动不断增加，从而由于皮带振动而产生的张力也随之增大。在传统的皮带运输机中，由于没有应用变频技术，启动后直接对铁矿中的物料进行运输。这样一来，皮带运输机在运输过程中受到的阻力会增加，同时在初始阶段中，皮带会与滚筒之间产生较大的静摩擦，可能会导致皮带的脱落和损坏，对正常的生产活动带来影响，甚至造成经济损失。采用变频技术后，皮带运输机的启动速度维持在0.5m/s和0.7m/s之间，皮带运输机的驱动张力下降，动阻力系数也会相应下降，运输设备的有用功得到提高。

3.2、运输阶段

当皮带运输机处于运输阶段时，无论其处于负载状态还是空载状态，传统的皮带运输机所输出的电流功率是相同的，虽然能够满足正常的运行和使用，但是皮带元件寿命会受到影响，并且会为企业带来较大的能耗成本。采用变频技术后，当皮带处于运输状态时，机电装置的交变频率能够随着实际情况做出相应的改变。当皮带运输机上有负荷时，变频装置会增加电流的交换次数，从而提高交变电流的功率；当皮带运输机上没有负荷时，变频装置会减少电流的交换次数，从而降低交变电流的功率大小；变频装置中装有电流源，当皮带运输机在运输过程中出现电流源无法满足运输机正常运行时，变频装置中的电流源可以当作备选的电流源来使用，实现运输机的正常运行。

3.3、变频调速控制阶段

传统的皮带运输机，不论运输机处于怎样的运输状态下，其电机转子都处于高速运转中。电机转子的不间断高速运动会使电机产生大量的热量损耗，从而影响电机的使用时间。变频技术应用在变频调速控制阶段的目的是通过控制电机转子的运转状况，尽量减少热损。具体来说，变频技术调节控制电机转子的运转速率主要是通过改变加在电机上的电压大小来实现的，电机电压在满足需要的条件下，电压越小，运转速率越慢。举例来说，假设电机可正常工作的电压范围是330~380V，而电机目前的供电电压是380V，采用变频技术后，变频装置会将电压降至最小值330V。

4、变频调速方案

皮带运输机一般均采用多台电机驱动，所以在工作中应该特别注意电机之间的协调控制。电机的动力输出基本都是采用皮带耦合来实现的，一旦存在滑差，就会造成变频器的输出频率出现偏差，进而对输出转矩的平衡产生影响，甚至可能会出现故障。所以，需要采取相关措施来对各电机的转矩进行平衡辅助。一般在现场应用中，主要采取以下3种驱动方案：(1)一拖多并联方案。一般适用于电机(单机)功率较小且电机数量少于3台的变频调速系统中，此类系统对成本的要求也比较低。(2)主－从控制方案。适用于各电机转矩均衡输出且电机数量同样少于3台，各电机之间的间距较小的简单变频调速系统。(3)统一协调控制方案。适合电机数量超过3台且电机之间间距较大的复杂变频调速系统。

总之，皮带运输机是铁矿企业中一种代替人工搬运货物的机械工具，运输效率高，可以有效地运输煤炭物料。皮带运输机的安全运行是铁矿企业进行正常生产活动的保障。目前使用的皮带运输机大都采用液力耦合器实现软启动，但是这种方式存在能量消耗高、设备使用寿命短、环境污染大等缺点，需要进一步加以改进。驱动电机采用变频技术能够很好地解决这一问题，通过对皮带运输机进行改进和优化，能够很好地节约能耗、减轻对元件的磨损从而延长使用寿命，使皮带运输机能够安全稳定地运行。

参考文献：

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[3]张晶.铁矿皮带运输机调速系统变频技术应用[J].煤炭与化工,2016,39(02):42-44.

[4]王继玲.变频技术在矿用皮带运输机调速系统中的应用[J].现代矿业,2015,31(12):260-262.