馮少宇

摘 要：變頻技術(shù)在煤礦皮帶機(jī)改造中作用較大，可有效提高設(shè)備工作效率，解決設(shè)備在傳統(tǒng)工作中所存在的各種問題，同時(shí)達(dá)到節(jié)能減排的應(yīng)用目標(biāo)。本文從變頻技術(shù)的基本工作原理談起，詳細(xì)分析煤礦皮帶機(jī)對(duì)變頻技術(shù)的技術(shù)改造要求、改造方式和改造效果。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù) 煤礦皮帶機(jī) 技術(shù)改造 應(yīng)用方式 效果

中圖分類號(hào)：TD528.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（c）-0032-02

傳統(tǒng)煤礦運(yùn)輸多采用基于機(jī)械驅(qū)動(dòng)、多滾筒系統(tǒng)的煤礦皮帶機(jī)，這種皮帶機(jī)在煤礦運(yùn)輸方面相對(duì)消耗成本較高，不利于高效率生產(chǎn)工作。伴隨當(dāng)前微電子技術(shù)的快速發(fā)展，變頻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并成功融入到煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域中，例如它在煤礦運(yùn)輸領(lǐng)域的皮帶機(jī)應(yīng)用方面就非常廣泛，對(duì)我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)技術(shù)性發(fā)展進(jìn)步起到了巨大促進(jìn)作用。

1 關(guān)于變頻技術(shù)

1.1 基本工作原理分析

傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備中多為固定電流，機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行過程中電流無法變換，這可能會(huì)耗費(fèi)大量的電力能源，對(duì)設(shè)備壽命周期也會(huì)產(chǎn)生較大影響。如果能將變頻技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電設(shè)備之中就能夠改觀這一狀況。因?yàn)樽冾l器本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含有電源板、主板、電機(jī)等重要元器件，這些元器件之間能夠形成相互配合進(jìn)而改變電流頻率，但不改變電壓，所以這就能較好發(fā)揮電力半導(dǎo)體的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，尤其是對(duì)機(jī)電設(shè)備電流頻率的可變性調(diào)節(jié)非常有利。在電流頻率改變過程中，機(jī)電設(shè)備也會(huì)得到有效調(diào)整，這就是變頻技術(shù)的基本工作原理。當(dāng)前，煤礦企業(yè)也將變頻技術(shù)靈活運(yùn)用于煤礦皮帶機(jī)運(yùn)輸環(huán)節(jié)中，保證了煤礦運(yùn)輸?shù)母咝省?/p>

1.2 煤礦皮帶機(jī)改造與變頻技術(shù)的基本關(guān)系

煤礦皮帶傳送機(jī)容易老化，壽命周期嚴(yán)重受限，所以要采用變頻技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改造，一方面改變它傳統(tǒng)皮帶的固定驅(qū)動(dòng)模式，降低煤礦在開采與生產(chǎn)中的大量電能損耗；另一方面也希望解決傳統(tǒng)皮帶機(jī)運(yùn)輸煤礦過程中的輸送量不適應(yīng)、故障頻發(fā)等問題，希望以此來降低設(shè)備后續(xù)維修難度。在煤礦皮帶機(jī)改造過程中可能會(huì)出現(xiàn)堵塞問題，此時(shí)要借無速傳感器控制技術(shù)來進(jìn)行科學(xué)推算，保證皮帶機(jī)運(yùn)輸始終處于額定輸出狀態(tài)，這樣也能有效節(jié)約電能，滿足煤礦皮帶機(jī)的設(shè)備改造技術(shù)需求。

2 煤礦皮帶機(jī)改造對(duì)變頻技術(shù)的特殊技術(shù)要求

煤礦皮帶機(jī)在改造過程中也會(huì)對(duì)變頻技術(shù)提出相應(yīng)技術(shù)要求，這些要求相對(duì)特殊，也是傳統(tǒng)普通變頻器無法被運(yùn)用到煤礦皮帶機(jī)技術(shù)改造中的主要原因，本文將簡(jiǎn)要剖析這些特殊的技術(shù)要求。

首先，在技術(shù)改造過程中煤礦皮帶機(jī)提出了較高的變頻技術(shù)指標(biāo)要求。例如它就要求變頻機(jī)中變頻器的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)該達(dá)到至少兩倍以上的轉(zhuǎn)速。換言之，在煤礦皮帶機(jī)持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下，要保證有至少150%的額定電流作為基本保障，并保證煤礦皮帶機(jī)在運(yùn)行過程中走S型曲線路線且加速度平穩(wěn)均衡。上述技術(shù)改造要求可以幫助設(shè)備實(shí)現(xiàn)能量有效回饋，為此技術(shù)改造過程中也采用到了四象限運(yùn)行模式，希望完善設(shè)備在數(shù)控方面的智能化功能。

其次，要保證變頻技術(shù)的散熱能力達(dá)標(biāo)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)中的普通變頻器在散熱性能方面表現(xiàn)不佳，無法滿足煤礦行業(yè)中的防爆要求。這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)中的普通變頻器多采用水冷或風(fēng)冷制冷方式，但煤礦皮帶機(jī)變頻器中會(huì)含有大量元器件，它們都會(huì)產(chǎn)生大量熱量，所以無論是水冷還是風(fēng)冷在制冷效果方面都不盡如人意，特別是水冷還需要煤礦皮帶機(jī)另外配備散熱系統(tǒng)，這就加大了設(shè)備的前期安裝與后期維護(hù)成本，所以散熱問題也是改造的一大目標(biāo)。

最后，在煤礦皮帶機(jī)改造過程中，要考慮到變頻器本身的電磁兼容性問題。煤礦生產(chǎn)過程中環(huán)境較差，這就要求變頻器在工作運(yùn)行過程中需要較強(qiáng)的抗干擾能力，所以這里就要涉及到電磁兼容性問題，它的兼容性優(yōu)劣直接會(huì)影響到變頻器在煤礦皮帶機(jī)中的功能作用發(fā)揮[1]。

在改造過程中，變頻技術(shù)對(duì)煤礦皮帶機(jī)的融入也存在一些現(xiàn)實(shí)問題。比如皮帶機(jī)在煤礦運(yùn)輸過程中容易受到電磁影響，如本文所述，當(dāng)電磁影響嚴(yán)重時(shí)變頻器也會(huì)直接損壞，導(dǎo)致煤礦皮帶機(jī)工作停滯；另外就是電源異常問題，因?yàn)槊旱V皮帶機(jī)經(jīng)常在低電壓狀態(tài)下工作，而低電壓是容易導(dǎo)致電源發(fā)生異常的，所以在設(shè)備改造過程中也應(yīng)該考慮加入特殊電源設(shè)施，例如輔助變壓器等等來調(diào)節(jié)電壓水平，有效優(yōu)化電源質(zhì)量；最后就是高次諧波問題，它是由煤礦皮帶機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的。傳統(tǒng)中我國(guó)皮帶機(jī)設(shè)備會(huì)采用PMW變壓器控制方式，它也是產(chǎn)生大量高次諧波的根源。這種高次諧波會(huì)直接影響到電動(dòng)機(jī)繞組使其發(fā)生異變，同時(shí)也會(huì)降低設(shè)備整體的絕緣性能，造成變壓器畸變。如此多的變化會(huì)為煤礦皮帶機(jī)正常運(yùn)行帶來負(fù)面影響，就目前來看，有效縮短變頻器與電機(jī)之間距離是一種解決辦法，或者直接在變頻器上安裝整流橋也能有效避免高次諧波，確保煤礦皮帶機(jī)正常運(yùn)行[2]。

3 基于變頻技術(shù)的煤礦皮帶機(jī)改造方法

對(duì)煤礦皮帶機(jī)實(shí)施變頻技術(shù)改造，就以某煤礦集團(tuán)為例，它采用了3臺(tái)高壓電機(jī)共同拖動(dòng)皮帶機(jī)，滿足雙滾筒三機(jī)拖動(dòng)條件，見圖1。

如圖1所示，某煤礦集團(tuán)中的煤礦皮帶機(jī)在傳統(tǒng)系統(tǒng)方面由3臺(tái)高壓異步電動(dòng)機(jī)所共同構(gòu)成（160kW，6kV），它同時(shí)利用到液力耦合器驅(qū)動(dòng)滾筒與減速機(jī)兩種技術(shù)設(shè)備，通過皮帶與滾筒之間的摩擦力來帶動(dòng)整個(gè)皮帶運(yùn)行，再配合2臺(tái)電機(jī)處于同軸位置帶動(dòng)卸煤滾筒工作。但由于煤礦施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相對(duì)偏差，且耦合器內(nèi)部油壓存在不均勻現(xiàn)象，所以，皮帶機(jī)本身的傳動(dòng)效率無法保持穩(wěn)定。根據(jù)上述問題對(duì)設(shè)備精細(xì)改造，首先要求控制系統(tǒng)必須滿足以下4點(diǎn)特性：第一，要采用低啟動(dòng)電流，控制電流自動(dòng)對(duì)電網(wǎng)形成影響，進(jìn)行有效延長(zhǎng)電機(jī)使用時(shí)間，且最大限度地減少對(duì)其他電氣設(shè)施的不利影響。第二，要對(duì)機(jī)械啟動(dòng)沖擊進(jìn)行改造，將沖擊降到最低水平，這樣可有效延長(zhǎng)膠帶與減速器等關(guān)鍵元器件部位的使用壽命周期。第三，要保證改造能夠滿足大功率平衡作業(yè)條件。第四，要啟動(dòng)所有可控裝置，配合皮帶機(jī)技術(shù)改造。

在實(shí)現(xiàn)上述4點(diǎn)設(shè)備改造以后，該煤礦幾臺(tái)還專門設(shè)置了3臺(tái)具有“隔爆兼本”功能的變頻技術(shù)調(diào)速設(shè)施，配合煤礦皮帶機(jī)的設(shè)備長(zhǎng)度與負(fù)載大小來啟動(dòng)系統(tǒng)，并將啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置在為60s。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后其最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到100N·m以后，皮帶機(jī)就能夠進(jìn)入平穩(wěn)工作階段，配合變頻器的軟啟動(dòng)，保證皮帶機(jī)與變頻技術(shù)之間的有效結(jié)合，在皮帶機(jī)運(yùn)行過程中釋放皮帶的部分能量，進(jìn)而保證設(shè)備的整個(gè)過程中都充滿張力。在該技術(shù)改造中，還利用重載實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證皮帶機(jī)的煤礦運(yùn)輸穩(wěn)定性，以達(dá)到技術(shù)改造目的。另外，該改造還希望為煤礦皮帶機(jī)增加調(diào)速功能，配合煤礦皮帶機(jī)實(shí)際的云煤量來調(diào)整皮帶運(yùn)行速度，保證系統(tǒng)在投入生產(chǎn)后降低驅(qū)動(dòng)電機(jī)與皮帶機(jī)的故障發(fā)生幾率，最重要的是延長(zhǎng)皮帶機(jī)的滾筒與托輥壽命周期，這對(duì)皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的有效平衡也有促進(jìn)作用。

從節(jié)能角度來講，此次技術(shù)改造由于利用到了變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)，所以，對(duì)煤礦皮帶機(jī)的系統(tǒng)效率與功率因數(shù)優(yōu)化都是必然的，它改造了皮帶機(jī)的電機(jī)裕量，解決了傳統(tǒng)中設(shè)備無法滿載甚至空載工作的固有問題。在變頻驅(qū)動(dòng)器加載以后，皮帶機(jī)的功率因數(shù)上升到0.9以上，對(duì)整體設(shè)備的無功功率實(shí)現(xiàn)了有效降低控制。再者，變頻器驅(qū)動(dòng)讓設(shè)備電機(jī)與減速器相互直接連接，而液力耦合器則被去除，傳遞效率相比于傳統(tǒng)液力耦合器高出10%左右，提升明顯[3]。

4 結(jié)語

煤礦皮帶機(jī)經(jīng)過變頻技術(shù)改造后，其皮帶的張力有所減小，保證了重載啟動(dòng)平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)也優(yōu)化了煤礦皮帶機(jī)的停止與啟動(dòng)性能，對(duì)設(shè)備整體運(yùn)行成本也實(shí)現(xiàn)了有效控制，整體來講滿足了煤礦企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量?jī)?yōu)化，對(duì)行業(yè)綠色生產(chǎn)具有極高的實(shí)踐價(jià)值意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉玉慶.變頻技術(shù)在煤礦皮帶機(jī)改造中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技，2015（20）：65.

[2] 李清榮.煤礦皮帶機(jī)常見故障分析及對(duì)策處理[J].煤礦現(xiàn)代化，2016（1）：102-104.

[3] 王建華.變頻技術(shù)在煤礦皮帶機(jī)改造中的應(yīng)用分析[J].科技風(fēng)，2014（7）：50.