張樹(shù)臣

（汾西礦業(yè)集團(tuán)曙光煤礦， 山西 呂梁 032308）

引言

煤礦皮帶機(jī)是煤礦生產(chǎn)作業(yè)中常用的一種運(yùn)輸設(shè)備，傳統(tǒng)類型的皮帶機(jī)主要采用驅(qū)動(dòng)+多滾筒系統(tǒng)，這一類型皮帶機(jī)工作效率低下，成本耗費(fèi)偏高。隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，微處理技術(shù)以及數(shù)字集成電路持續(xù)發(fā)展并完善，煤礦皮帶機(jī)開(kāi)始廣泛引入變頻技術(shù)，這有助于提高皮帶機(jī)運(yùn)輸作業(yè)效率，促進(jìn)煤礦生產(chǎn)發(fā)展。

1 變頻技術(shù)用于煤礦皮帶機(jī)改造的技術(shù)要求

1）應(yīng)用變頻技術(shù)來(lái)改造煤礦皮帶機(jī)具有比較嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)要求，首先變頻器一般需要不低于2倍的開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩；在持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下，煤礦皮帶機(jī)變頻器需要150%額定電流的支持和保障。運(yùn)行期間，煤礦皮帶機(jī)以平穩(wěn)加速度呈S型曲線前進(jìn)，四象限運(yùn)行這一模式是應(yīng)對(duì)能量回饋問(wèn)題的有效方案。此外，技術(shù)人員應(yīng)對(duì)系統(tǒng)數(shù)控功能不斷予以完善和優(yōu)化[1]。

2）散熱性能。改造煤礦皮帶機(jī)需要考慮的另一因素就是變頻技術(shù)及變頻器的散熱性能，因?yàn)槠胀ㄗ冾l器散熱性能往往較差，難以有效應(yīng)對(duì)煤礦企業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵問(wèn)題——防爆。而且普通變頻器大多采用風(fēng)冷或者水冷的制冷方式，而皮帶機(jī)變頻器內(nèi)部元器件多而繁雜，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不斷向外釋放熱量，所以風(fēng)冷模式難以取得滿意效果；而水冷模式則與皮帶機(jī)自身完善的散熱系統(tǒng)有沖突，給后期維護(hù)工作帶來(lái)較大麻煩。因此要充分考慮到煤礦皮帶機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的散熱問(wèn)題，選擇散熱性能良好的變頻設(shè)備加以改造。

3）電磁兼容?？紤]到煤礦井下作業(yè)環(huán)境惡劣，干擾因素較多，因此變頻設(shè)備需要具備相應(yīng)的抗干擾能力。其中電磁兼容性能優(yōu)良與否將直接影響皮帶機(jī)的作業(yè)和變頻技術(shù)的應(yīng)用[2]。

2 采用變頻技術(shù)改造煤礦皮帶機(jī)的具體方案

采用變頻技術(shù)改造皮帶機(jī)，首先用雙滾筒三機(jī)方式配置三臺(tái)高壓電機(jī)，如圖1所示。高壓異步電機(jī)參數(shù)建議為6000 V、16×104W，通過(guò)降速設(shè)備配合耦合設(shè)備帶動(dòng)兩個(gè)滾筒，然后通過(guò)皮帶、滾筒彼此接觸來(lái)帶動(dòng)皮帶運(yùn)行。這一改造方案的要點(diǎn)如下：

圖1 皮帶機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)示意

1）開(kāi)啟電流值需要保持在低值狀態(tài)，而且盡量減少開(kāi)啟時(shí)間，以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，保護(hù)電網(wǎng)免遭電機(jī)開(kāi)啟電流時(shí)的沖擊和過(guò)高的阻力值，以免其他設(shè)備造成干擾。

2）開(kāi)啟時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制對(duì)電機(jī)設(shè)備的沖擊，延長(zhǎng)皮帶以及降速設(shè)備等部件的使用壽命。

3）開(kāi)啟過(guò)程應(yīng)得到全程控制。改造以后根據(jù)皮帶機(jī)負(fù)載與長(zhǎng)度，設(shè)備開(kāi)啟時(shí)間可以設(shè)定為55 s。電動(dòng)設(shè)備開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩最大值應(yīng)不低于額定數(shù)值的2倍?；谧冾l器軟啟動(dòng)技術(shù)來(lái)合并皮帶機(jī)與電機(jī)的軟啟動(dòng)，并對(duì)電機(jī)開(kāi)啟速度相對(duì)較慢這一特性加以充分利用，確保皮帶機(jī)平穩(wěn)、慢速開(kāi)啟，將內(nèi)部能量以相對(duì)低的恒定速度向外釋放，以免加大損耗。改造過(guò)程中重載開(kāi)啟相對(duì)穩(wěn)定，可以很好的調(diào)整或者控制速度，減少電機(jī)設(shè)備以及皮帶機(jī)體存在的問(wèn)題，并延長(zhǎng)滾筒以及托輥使用壽命，確保皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下的功率穩(wěn)定[3-4]。

3 采用變頻技術(shù)改造煤礦皮帶機(jī)的問(wèn)題與對(duì)策

1）運(yùn)輸作業(yè)環(huán)節(jié)，煤礦皮帶機(jī)易受電磁干擾。相比于其他行業(yè)生產(chǎn)，煤礦開(kāi)采作業(yè)環(huán)境比較惡劣艱苦。煤礦皮帶機(jī)采用變頻設(shè)備時(shí)比較容易受到外部環(huán)境因素的干擾，此類因素基于輻射或者電源線等不同方式影響變頻設(shè)備的正常工作，引起運(yùn)行錯(cuò)誤，甚至導(dǎo)致變頻設(shè)備損毀，這對(duì)煤礦皮帶機(jī)的運(yùn)行效率產(chǎn)生了很大影響。技術(shù)人員應(yīng)充分重視變頻設(shè)備的干擾問(wèn)題，有效應(yīng)對(duì)外部因素影響，譬如為變頻設(shè)備配備抗噪音設(shè)備，在變頻器端口安裝噪聲濾波器等等，保護(hù)變頻器免遭不良影響。除此之外，為了保護(hù)變頻設(shè)備不受強(qiáng)電壓的影響，建議為變頻器臨近設(shè)備增添吸收裝置；對(duì)回路配線距離應(yīng)予以嚴(yán)格控制，對(duì)主配線也要加以明確的區(qū)分，盡量減少回路配線距離。

2）電源異常。應(yīng)用變頻技術(shù)改造煤礦皮帶機(jī)，正常工作狀態(tài)下可能存在電源異常問(wèn)題。因?yàn)槠C(jī)正常作業(yè)往往會(huì)受到低電壓的影響，引起電源異?，F(xiàn)象。所以煤礦企業(yè)應(yīng)考慮變頻設(shè)備受電壓影響這一因素，將變壓器和其他高功率設(shè)備彼此分離，防止彼此之間相互干擾，確保皮帶機(jī)高效完成運(yùn)輸作業(yè)。一旦電壓恢復(fù)正常，通過(guò)瞬間補(bǔ)停的方式確保正常運(yùn)行狀態(tài)，并檢測(cè)電機(jī)運(yùn)行速度，避免電機(jī)加速產(chǎn)生額外電流。除此之外，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下應(yīng)選擇特殊電源設(shè)施安裝在變壓器下，配合變壓器完成自動(dòng)轉(zhuǎn)換[5]。

3）高次諧波。運(yùn)行狀態(tài)下的皮帶機(jī)會(huì)產(chǎn)生高次諧波，因?yàn)楫?dāng)前國(guó)內(nèi)變壓器一般采用PMW方式進(jìn)行控制，這一控制模式存在一些問(wèn)題，譬如電壓器運(yùn)行狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生高次諧波，對(duì)電動(dòng)機(jī)造成極大的影響，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組出現(xiàn)異常變化，或嚴(yán)重削弱其絕緣性能，最終引起變壓器畸變。此種狀態(tài)下，皮帶機(jī)運(yùn)行也會(huì)受到變壓器畸變的直接干擾。建議減少變頻設(shè)備與電機(jī)的相對(duì)距離，或?yàn)樽冾l設(shè)備安裝專屬變壓器，以防止這一問(wèn)題的發(fā)生。這樣可以將變頻設(shè)備獨(dú)立于其他設(shè)備之外，為其提供相對(duì)安全的運(yùn)行環(huán)境。此外也可將整流橋安裝在變頻設(shè)備上，可以預(yù)防高次諧波干擾皮帶機(jī)運(yùn)行。

4）溫度異常。煤礦皮帶機(jī)采用變頻技術(shù)改造后可能存在冷卻性能減弱的問(wèn)題，這一現(xiàn)象最直接的結(jié)果就是導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)溫度異常。同時(shí)，皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下變頻設(shè)備不可避免地出現(xiàn)高次諧波，對(duì)電機(jī)材質(zhì)造成損傷。因此，技術(shù)人員應(yīng)基于這一現(xiàn)象做出相應(yīng)的補(bǔ)救，采取必要措施提高電機(jī)規(guī)格與等級(jí)，維持強(qiáng)冷通風(fēng)狀態(tài)，防止電機(jī)低速運(yùn)行。

5）皮帶強(qiáng)度。皮帶機(jī)在液壓耦合設(shè)備的支持下可以高效率完成加載任務(wù)，但是皮帶機(jī)自身也承受更強(qiáng)的作用力，因此有較大幾率引起皮帶損壞。建議強(qiáng)化皮帶強(qiáng)度，延長(zhǎng)使用壽命，避免皮帶受損。

6）空載開(kāi)啟?？蛰d開(kāi)啟瞬間產(chǎn)生的電流值將超過(guò)設(shè)備額定電流的4倍，產(chǎn)生的沖擊力將大幅提升設(shè)備機(jī)械應(yīng)力，引起內(nèi)部受損，而且此方法開(kāi)啟也會(huì)在一定程度上干擾電網(wǎng)運(yùn)行，如果電壓降低則會(huì)影響其他設(shè)備運(yùn)行。建議在皮帶機(jī)上安裝水電阻等軟啟動(dòng)裝置[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

采用變頻技術(shù)對(duì)煤礦皮帶機(jī)進(jìn)行改造，達(dá)到對(duì)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速自動(dòng)化控制的目標(biāo)，結(jié)合負(fù)載情況對(duì)輸出頻率加以調(diào)整，有助于延長(zhǎng)煤礦皮帶機(jī)工作壽命，同時(shí)也有利于降低能耗、節(jié)約成本、提高生產(chǎn)效率。

[1]劉福濤.利德華福高壓變頻器在煤礦皮帶機(jī)上的應(yīng)用[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2012，39（6）：57-61.

[2]劉桂蘭.中小型煤礦皮帶機(jī)電控系統(tǒng)的改造[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，31（5）：67-71.

[3]周文鵬，張全民，劉偉華，等.小型煤礦皮帶機(jī)系統(tǒng)的問(wèn)題與自動(dòng)化控制改造[J].民營(yíng)科技，2014（4）：299-300.

[4]李淑娟，胡章平，馮衛(wèi)東，等.超化煤礦南矸石山排矸系統(tǒng)改造[J].科技與企業(yè)，2012（14）：140.

[5]史曉冬.皮帶機(jī)電控系統(tǒng)實(shí)施變頻技術(shù)改造的研究與應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2012（12）：86-88.

[6]羅俊.關(guān)于煤礦皮帶機(jī)電控系統(tǒng)故障分析及優(yōu)化改造研究[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2015（9）：168-174.