趙 虎

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司官地煤礦， 山西 太原 030022）

引言

傳統(tǒng)煤礦運(yùn)輸機(jī)的異步電機(jī)在重載起動(dòng)期間會產(chǎn)生較大電流，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出額定電流，這便使得異步電機(jī)起動(dòng)期間存在多種缺陷問題。比如會產(chǎn)生較大的沖擊電流，且在電網(wǎng)容量較小時(shí)，電壓還會出現(xiàn)下降趨勢。而若出現(xiàn)缺壓問題時(shí)，電機(jī)很可能出現(xiàn)燃燒事故。由此看出，為了避免重載起動(dòng)期間對其他機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生沖擊，應(yīng)使用重載軟起動(dòng)技術(shù)，以提高皮帶運(yùn)輸機(jī)的使用年限[1]。

1 皮帶運(yùn)輸機(jī)重載軟起動(dòng)條件

煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)重載軟起動(dòng)需要具備一定條件，首先是確定合適的皮帶長度，皮帶越長，整個(gè)運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)期間產(chǎn)生的慣量也越大，電機(jī)需要克服慣量產(chǎn)生的加速力矩也就越大。對此，應(yīng)結(jié)合實(shí)際運(yùn)輸量選擇合適的皮帶長度。其次是確定合理的容量，皮帶運(yùn)輸機(jī)正常起動(dòng)需要較大容量，但容量過大會增大初始力矩，起動(dòng)期間會對其他設(shè)備產(chǎn)生較大的沖擊力。最后在皮帶運(yùn)輸機(jī)起動(dòng)期間，前部分皮帶受力大于后部分皮帶，皮帶很容易因受損問題產(chǎn)生較大的沖擊力。這主要因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)需要靜力矩平衡負(fù)載，也需要?jiǎng)恿喈a(chǎn)生加速度，但加速度的增加會產(chǎn)生更大的沖擊電流，從而對整個(gè)系統(tǒng)造成更大的沖擊。由此看出，皮帶運(yùn)輸機(jī)重載軟起動(dòng)正常進(jìn)行的前提便是有效降低設(shè)備運(yùn)行期間產(chǎn)生的起動(dòng)加速度。

2 軟起動(dòng)技術(shù)在皮帶運(yùn)輸機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 企業(yè)簡介

某煤礦生產(chǎn)期間使用兩臺型號為GX1250的鋼繩芯皮帶運(yùn)輸機(jī)，其長度為1 600m、寬度為800 mm、傾角為16°。其中1號皮帶運(yùn)輸機(jī)房在地面，采用功率為115 kW的繞線式電機(jī)進(jìn)行起動(dòng)；2號皮帶運(yùn)輸機(jī)房在礦井下，采用功率為115 kW的鼠籠式電機(jī)進(jìn)行起動(dòng)。為了確保起動(dòng)的平穩(wěn)性，企業(yè)還采用了型號為TV560液力偶合器設(shè)備。從實(shí)際運(yùn)行效果來看，1號皮帶運(yùn)輸機(jī)雖然起動(dòng)平穩(wěn)性較高但技術(shù)落后，增大了企業(yè)的維修成本，2號皮帶運(yùn)輸機(jī)具備較大的起動(dòng)電流，且不平穩(wěn)，影響了皮帶的使用壽命。為了避免重載起動(dòng)問題，企業(yè)技術(shù)人員在勘察開采現(xiàn)場后決定改進(jìn)皮帶的起動(dòng)方式，使用軟起動(dòng)技術(shù)，增強(qiáng)皮帶的運(yùn)輸功能[2]。

2.2 控制系統(tǒng)改造

利用施耐德ATS48軟起動(dòng)器進(jìn)行起動(dòng)，其工作原理如下頁圖1所示，且在結(jié)束起動(dòng)后采用工頻旁路起動(dòng)方式。同時(shí)，利用自由停車方式，當(dāng)軟起動(dòng)器發(fā)生故障問題后，就地動(dòng)力柜強(qiáng)制工頻旁路直接起動(dòng)。2號皮帶運(yùn)輸機(jī)采用PLC控制回路與現(xiàn)場控制按鈕，原回路控制真空接觸器，實(shí)現(xiàn)工頻起動(dòng)。改造完成后，工作人員可以輸入觸點(diǎn)控制軟起動(dòng)器，并間接控制電機(jī)起動(dòng)。

改造期間使用的兩臺電機(jī)功率較大，無論采用就地起動(dòng)還是遠(yuǎn)程起動(dòng)方式，兩臺電機(jī)均應(yīng)設(shè)置間隔時(shí)間，第一臺電機(jī)先行起動(dòng)，之后延時(shí)起動(dòng)另一臺電機(jī)。系統(tǒng)改造后，輸出轉(zhuǎn)矩與起動(dòng)電流均明顯降低，因此技術(shù)人員還可以進(jìn)一步修改PLC系統(tǒng)及整定時(shí)間，以同時(shí)起動(dòng)兩臺電機(jī)。除此之外，改造期間去掉原有的控制柜，在新控制柜中移植原動(dòng)力柜組件。且為了降低改造成本，只需要局部改動(dòng)PLC控制線路，且保留原有的操作模式。

軟起動(dòng)器屬于可控起動(dòng)，較為適用于運(yùn)輸距離長且起動(dòng)慣量較大的帶式運(yùn)輸機(jī)。期間工作人員可以設(shè)定加速度起動(dòng)時(shí)間，先以較低加速度起動(dòng)至10%額定速度，有效張緊皮帶后再以原定加速度運(yùn)行至額定速度，以降低對皮帶的沖擊程度。

2.3 軟起動(dòng)方式在電動(dòng)機(jī)控制中的應(yīng)用效果

對某煤礦2號皮帶運(yùn)輸機(jī)采用施耐德ATS48軟起動(dòng)器，并采用工頻旁路的起動(dòng)方式及自由停車方式。同時(shí)，2號皮帶運(yùn)輸機(jī)采用現(xiàn)場控制以及PLC控制方式，由中間繼電器控制軟起動(dòng)器的起停。通過改造，以往煤礦開采期間出現(xiàn)的皮帶起動(dòng)過快問題得到了很好解決，皮帶使用年限也得到延長，維修量明顯減少，一定程度上提高了煤礦皮帶機(jī)的運(yùn)輸效率[3]。

圖1 AST48工作原理示意圖

2.3.1 起動(dòng)方式靈活及起動(dòng)性能優(yōu)異

通過為皮帶運(yùn)輸機(jī)增加軟起動(dòng)器，工作人員在起動(dòng)運(yùn)輸機(jī)時(shí)可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)輸情況選擇限流起動(dòng)以及突跳起動(dòng)方式，且還可以根據(jù)電網(wǎng)需要設(shè)置起動(dòng)參數(shù)，有效避免沖擊力問題，達(dá)到最佳的起動(dòng)效果。首先，限流起動(dòng)方式可以使電動(dòng)機(jī)在全壓模式下起動(dòng)，當(dāng)需要限制最大起動(dòng)電流時(shí)可以選擇此種起動(dòng)模式。且用戶可以根據(jù)實(shí)際需求，在滿載電流的50%～60%之間進(jìn)行選擇。其次，軟起動(dòng)過程中，技術(shù)人員可以選擇不同斜率的電壓量，且可以在轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)矩0～90%范圍內(nèi)進(jìn)行自主選擇。斜坡加速過程中，電機(jī)電壓呈無級遞增趨勢，當(dāng)電機(jī)達(dá)到既定轉(zhuǎn)速后，軟起動(dòng)器將會自動(dòng)切換為全電壓模式。最后，采用沖突跳啟動(dòng)模式時(shí)應(yīng)使用轉(zhuǎn)矩較高的設(shè)備，且用戶可以自主選擇限流或軟起動(dòng)方式中的附加脈沖時(shí)間，從而協(xié)助電動(dòng)機(jī)更快起動(dòng)[4]。

2.3.2 全功能保護(hù)

軟起動(dòng)器可以為皮帶運(yùn)輸機(jī)提供過載保護(hù)模式，為輸入缺相、輸出缺相、過壓、短路、電機(jī)堵轉(zhuǎn)以及晶閘管短路等故障提供有效保護(hù)。這種過載保護(hù)功能可以去除繼電器設(shè)備，增大配電柜內(nèi)部線路的便捷性，且在不借助任何傳感器設(shè)施的情況下便可以自主讀取電機(jī)運(yùn)行參數(shù)。除此之外，軟起動(dòng)器還可以自主診斷故障，減少技術(shù)人員查找故障時(shí)間，降低維修成本。

2.3.3 運(yùn)行可靠且維修便捷

軟起動(dòng)器運(yùn)行電流較大，可以利用開關(guān)無級調(diào)借電壓，降低系統(tǒng)的不良影響程度。且其具備較強(qiáng)的過載能力與較寬的調(diào)壓范圍，可以在菜單界面中有效查閱修改運(yùn)行參數(shù)，并利用附加通訊網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)全面自控。

2.3.4 實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行

隨著電機(jī)負(fù)載率的不斷變化，軟起動(dòng)器可以自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，并提高電機(jī)的運(yùn)行功率。同時(shí)，軟起動(dòng)器還可以降低電機(jī)的功率損耗，對于負(fù)載變化較快的電機(jī)而言，其具備顯著的節(jié)能效果。

2.3.5 延長設(shè)備的使用壽命

軟起動(dòng)方式可以有效降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力，降低對元件的沖擊力度，且還可以消除液流系統(tǒng)中的液擊故障，提高電動(dòng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)功率。

3 結(jié)語

隨著煤礦開采量需求的不斷增大，皮帶運(yùn)輸機(jī)需要在重載情況下起動(dòng)。皮帶運(yùn)輸機(jī)重載軟起動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用，可以提供靈活的起動(dòng)方式，具備優(yōu)異的起動(dòng)性能，可降低對元件的沖擊力度，延長設(shè)備的使用壽命，提高電動(dòng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)功率，運(yùn)行可靠且維修便捷，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。