煤矿主皮带运输系统中变频调速的应用研究

煤矿主皮带运输系统中变频调速的应用研究

种凯

陕西煤业集团黄陵建庄矿业有限公司 陕西 延安 716000

摘要： 近年来，由于国内外煤炭采矿产业发展得相当快速，对煤炭采矿效率的需求也在逐渐增加，因而对矿井机械设备的完善与提升的需求也在日渐增加，为有效的提高矿井运输机的工作效能，变频控制已经应用到机械设备上，也同时增强了机械设备的稳定性与安全性。

关键词：煤矿；主皮带运输系统；变频调速；应用

中国是一个煤炭大国，尤其是中国历史上的浅表层蕴藏着大量的矿藏；煤炭资源在国民经济中占有重要地位。但是，就煤炭开采而言，与世界上其它煤炭资源丰富的国家相比，我们的煤炭开采效率低，安全性差，耗电严重，资源浪费严重。根据有关资料，矿井下机械提升机、排水泵、通风机械；光是这四个部件，就消耗了整个矿井60%的电力，而且大部分电力都不是用在了机器上，而是被浪费掉了。因此，提高矿井的机电设备的节能效率，就成了重中之重，而采用变频节能技术，可以有效地解决机械的能耗问题；在矿井机电设备中得到了广泛的应用，已经成为节约能源和环境保护的主要方法。

一、调速的控制方式

（一） u/f控制方式

电压频率比标量控制是在机组开始运行时，通过调整电动机的各个相和电动机的磁场的相对速度来保持低的稳态磁通。恒磁通变频调速技术在基频率的控制中，其最根本的需求是使其具有较低的主磁通量，而调节模式则可以使其与 AC供电的相位保持一致；在采用恒转矩调制技术的情况下，采用合适的调整方法减小电压对发电机的定子阻和漏电抗压降的作用[1]。若微弱的磁通量调频技术超出基本频率，则会受最大额定电压的干扰，从而使其主磁通率下降，从而导致扭矩下降；而这种改变，也与恒定的能量加速有关。利用变频技术可以实现对功率的功率和速度的调节，实现 VVVF的自动调节。

（二）转差频率控制

由于转差速率 s的改变，发电机的转速 n也会改变。所以，在实际应用中，转速的变化主要是由在受控状态下的电流和转差的变化来决定，并对其进行电流和扭矩的控制。该工作方式既可以进行电流调节，又可以保证对转子的电压、调速的稳定性，对突然的速度和压力变化具有很好的控制力；同时通过速度回馈的方法，实现了对速度的准确调节[2]。在该控制期间，一次电子定子端部的电压表示由一个旋转器差动的频率表示，而该信号由一个放大器所发射的一个差动的信号表示。在此之后，可以生成与 u/f控制方式同样的电路。该方法一般为闭环，一般情况下均为单台运行，且其功率不会改变，可得到最大转矩。采用单转子差频转换能较好地反应出负荷的改变，能够在较大的速度和较快的条件下保持平稳，提高了系统的控制精确性；与 u/f法类似，具有力学特性和动力学扭矩的改变对系统的稳定有一定的作用。

（三）矢量控制

空间矢量控制手段是第二代电机的主要控制形式，以滞留电动机的工作原理为基础，将电子输出的能量矢量分割为励磁分量与电流分量，励磁分量构成磁通，而电流矢量则与之相等构成力矩。相对于前二类控制技术，空间矢量控制手段拥有更高的速度、更大的驱动力矩、更宽的调速范围，精度可以达到百分之零点零一，同时控制系统技术也较为成熟[3]。

二、矿用输送机及其变频调速的特点

（一）矿用输送机的特点

恒速负载也符合了矿用输送机所输送的特性，对在高异样低速大扭矩环境中的运输机来说，其转速丝毫没有改变。运输机能够采用几乎零电源、零动力或负电源工作，且能够完成运输的距离通常是几百公里及输送机的突出优点是能够低速工作、长期运转。同时基于变频驱动技术中的矢量控制技术，具有了快速度、低速长期工作的优势，并能够对所设定的转速范围做出反应，因此可以自动控制和管理扭矩。

（二）矿用输送机及其变频调速的设备特性

1、变频调压方式可以实现多驱动器软启动的驱动状态。在充分发挥电机软启动优点的基础上，通过整合电机在输送机中的软启动，在实现启动后，再利用总功率实现了软件的平衡控制，输送机多台自动化电机均具有相当高的输出功率。在运行过程中也比较平稳，对不会产生很大的干扰作用;

2、从矿用输送机的发电机型式与特点中可以确定的是，发电机的运行情况通常为最慢速度的负载状态，而最大负荷则非常低，因此必须在同满载速度接近的情况下才可以将效率和功率理想化。而在矿用输送机上运用了变频调压方式后，则能够达到零点九的功率因数以及能够降低了发动机与减速器之间所使用的液力耦合装置，从而达到了高于传统液力耦合装置百分之五到百分之十的动力输送效果[4]。

三、变频调压技术在煤炭运输系统中的实际运用

运输机的设计工作阶段，一般可分成如下三个阶段:设计初级阶段、启动阶段和运输阶段。在运动初级阶段，整个传送带所需由静止的压力逐渐转化为流动，就这样，当输送带启动的一刹那，整个传送带最初受到的静态压力即转化为流动压力，并随着运动压力的上升，使分离点的初始张力也不断地上升，使整个传送带产生了相应的振动。但在起动过程，当前由于输送带皮带上的张力在继续上升，使输送皮带和牵引输送带的切入点能往返运输。运输过程是煤矿运输系统中消耗时间最大的一次过程，在输送过程中，输送机通常由于交流马达的原因将保持在一种不平衡的情况下。当输送带出发之后，在输送带皮带上通常将出现在整个过程中最大的动态紧张感，在这个紧张感的影响下，往往就会使得输送带将发生粘弹的情况，另外，也因为输送带在启动时各个部分的静压力值存在着一定的差异，所以，使得输送带在启动后各个部分静压力值在向动压力变化的过程中的平均值也将各不相同，由此使得输送带也将发生冲击。由于摩擦力所引起的张力峰值不但与输送带的直径、工作压力相关，而且也与输送带的动力学特性相关。而在变频调速方法则可以很好地解决这一难题，通过利用在煤矿的运输系统中安装变频驱动设备，以改善传动设备的电气功能，进而使分离点的系统额定电流能够稳定的发生变化，这就可以减少分离点的小抄儿表面形成的张力峰值，使分离点也不致容易的发生皮带的打滑问题。输送带在运行中除承受静张力影响以外，皮带本身也会随转速不同而产生的动态张力，这会对输送带运行的安全性产生一定的影响，还可能损害电机的部分，进而造成输送带不能正常运行。若在发动机工作流程中加入变频调压方式时，则可改善发动机的控制功能。变频调速装置中，可通过改变供电电压的频率大小，而改变发电机转速。工作人员也可根据事先设定好的工作时间范围，使发电机转速能从零逐渐增大到正常运行速度，以避免出现突然增速的状况，这不仅将避免在输送带内出现的剧烈振动，而且也将减少运输机电机的能耗。

结束语：

综上所述，在对煤矿运输机系统采用变频调压工艺之后，运输体系的综合安全性和效率均得到了有效提升，同时设备的耗能状况也明显得以改善，不仅提高了设备运行效率，还降低了设备运行成本。实践证明，变频调压设备有很大的使用优势，今后各相关研究单位应积极进行技术改进工作，同时应用部门也应正确对其进行应用，如此才能最大程度上发挥其应用价值。

参考文献：

[1]李晓晋. 煤矿主皮带运输系统中变频调速的应用[J]. 当代化工研究，2021(18):45-46.

[2] 郭忠彬. 煤矿主皮带运输系统中变频调速的应用[J]. 石化技术，2019，26(11):388-388，390.

[3] 何平. 变频调速在煤矿主皮带运输系统中的应用[J]. 煤炭与化工，2017，40(7):135-136，139.

[4] 李阳阳. 煤矿主皮带运输系统中变频调速的应用[J]. 建筑工程技术与设计，2020(3):3074.