楊國放

（西山煤電股份有限公司鎮(zhèn)城底礦選煤廠， 山西 古交 030203）

引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，對煤礦的生產(chǎn)量與工作效率的要求越來越高，從而也使煤炭企業(yè)對刮板輸送的性能提出了較高的要求。煤礦在生產(chǎn)作業(yè)中，刮板傳送機的啟動與運行，都會受到動態(tài)張力和靜阻力的較大影響，輸送機上的傳送帶就會因此而發(fā)生滑動，從而使傳送帶相對的摩擦力與熱量增加，由此就會降低輸送機在運行中的安全、穩(wěn)定性。根據(jù)實踐研究得到證實，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到煤礦刮板輸送機中，既能夠使輸送機安全穩(wěn)定地運行，又能夠減少傳輸機的維修養(yǎng)護，使傳送機的壽命得到保證并延長，從而保證煤炭生產(chǎn)順利進行，提高煤炭企業(yè)的生產(chǎn)效率。

1 變頻裝置與變頻調(diào)速技術(shù)簡介

1.1 變頻裝置

目前，礦井下普遍使用的變頻器是與普通電機分離開的，變頻器處于工作面電氣列車的位置，對于礦井下比較小的空間較為適用；而另外一種變頻機則為電頻一體機，即普通電機與變頻器為一個整體，這種裝置體積雖然較小，但是電機的高度比較高，對于煤礦井下作業(yè)面空間較大的場所比較適用。從結(jié)構(gòu)上看，這種電頻一體機的其它聯(lián)接方式和普通電機基本沒有區(qū)別，具有互換性，其構(gòu)成主要為電機與變頻器。

1.2 變頻調(diào)速技術(shù)

變頻調(diào)速技術(shù)是一種調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法，變頻技術(shù)通過改變頻率的方法使轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，從而使設(shè)備達到轉(zhuǎn)速所需的要求，即刮板機所需要的任意速度，都可以通過變頻的方式得以實現(xiàn)。這種技術(shù)的原理是通過改變交流電機中的電頻率，達到調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度的目的。變頻調(diào)速系統(tǒng)由電抗器、變頻器主體（由IGBT功率器和可控硅整流器組成）、輔助器等組成，通過IGBT和濾波電容將直流電轉(zhuǎn)變成交流電，異步電動機的轉(zhuǎn)速和異步電動機定子電路電壓、定子感應(yīng)電勢有效值公式分別如公式（1）、公式（2）、公式（3）所示：

式中：kw1為定子繞組每條支路和每相的串聯(lián)匝數(shù)（n=1，2，……）；Φm為主磁通量，Wb；f1為定子頻率，Hz；w1為定子繞組系數(shù)；Z1為定子等效阻抗，Ω；I1為定子電流，A；N為異步電動機的轉(zhuǎn)速，r/min；U1為異步電動機定子電路電壓，V；E1為定子感應(yīng)電勢有效值，V；S為轉(zhuǎn)差率，%；P為電機極對數(shù)（常數(shù)）。

當忽略定子阻抗壓降時，如果轉(zhuǎn)差率不發(fā)生變化，電動機轉(zhuǎn)速和電流頻率呈正相關(guān)。變頻技術(shù)能夠通過改變頻率而實現(xiàn)速度的改變，而變頻電機的頻率范圍又比較廣，具有無級變速的功能，與雙速電機相比，其調(diào)速性能更佳[2]。

2 變頻調(diào)速的特點

在運輸機正常工作中，會以不同的扭矩低速運行，而在這種狀態(tài)下，其速度會保持一直不變。在煤礦生產(chǎn)作業(yè)以及運輸?shù)恼麄€過程中，特別是運輸材料時，在特定的范圍內(nèi)負載電阻很有可能會發(fā)生扭矩變化，然而刮板輸送機其自身所具有的穩(wěn)定性與均勻性會始終保持不變的狀態(tài)。另外，在整個煤炭工作和運輸過程中，輸送帶的速度基本上相同。根據(jù)操作經(jīng)驗，刮板輸送機進行輸送的模式為兩種，即零功率和電源，接近零功率和負電源。

變頻調(diào)速特點為：第一，變頻調(diào)速技術(shù)使輸送機的軟起動與多個電機運行過程中所產(chǎn)生的功率保持平衡。變電器具有軟啟動功能，借助此功能，把電機與輸送機的軟啟動結(jié)合在一起。輸送機中具有多臺變電器，進行驅(qū)動時，通過其中的功率平衡調(diào)節(jié)軟件，可使輸出功率具有穩(wěn)定性。如此，不僅能使輸送機的啟動張力減小，還能夠保證具有較高的運行效率，同時，當機械發(fā)生問題時，能及時發(fā)現(xiàn)。第二，變頻調(diào)速技術(shù)能夠減少設(shè)備維修，提高設(shè)備使用壽命，可重載啟動，還可節(jié)能。輸送機的軟啟動是通過變頻器的軟啟動得以實現(xiàn)，故此，啟動過程比較平滑，沒有太大的沖擊產(chǎn)生，從而使輸送機減少檢修與維護變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，其功率因數(shù)可超過0.9，在電機與減速器中，不再過多使用液力耦合器，但效率與之前相比較，卻增高了5%～10%。變頻調(diào)速技術(shù)憑借自身的優(yōu)勢，其應(yīng)用越來越成熟，在煤炭運輸機中的地位也越來越重要，給煤炭生產(chǎn)企業(yè)注入先進技術(shù)的同時，也提高了經(jīng)濟效益。

3 煤礦刮板輸送機中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

3.1 啟動階段

刮板輸送機進行啟動時，就會產(chǎn)生靜阻力，從而轉(zhuǎn)變?yōu)閯幼枇Γ谄渥饔孟聜鬏攷t會產(chǎn)生振動，此時傳輸截面中具有的動態(tài)張力就會持續(xù)上升，在其帶動下使刮板輸送機產(chǎn)生運動。在運輸啟動過程中，由于初始張力的增加值，即是刮板輸送帶的張力，所以變頻驅(qū)動就會對動力傳送帶輸入的切入點進行返回輸送[3-4]。

3.2 運輸階段

運輸階段也為額定轉(zhuǎn)速過程，是由啟動過程轉(zhuǎn)變而來，這一過程為逐級啟動過程。刮板輸送帶在開始工作時，系統(tǒng)中的交流電機就會有較大張力產(chǎn)生，并且各個位置所具有的靜阻力也不同，這就使煤礦刮板傳輸機的運行很不穩(wěn)定。這時就需要用到變頻調(diào)速電氣系統(tǒng)，它能夠使電機工作電源的頻率發(fā)生改變，此時變頻器內(nèi)部的濾波電容就會發(fā)揮其功能，將靜阻力和張力相應(yīng)降低，從而提高了輸送機的功率。變頻調(diào)速電氣系統(tǒng)示意圖如圖1所示，主要由顯示屏、驅(qū)動單元、主控器以及主回路等部分組成。顯示屏，采用耐高溫LED顯示屏，利用通信線接收主控器傳輸?shù)男畔ⅲ⒃贚ED顯示屏上進行顯示；驅(qū)動單元，主控器發(fā)出IGBT出發(fā)指令，驅(qū)動單元接收到信號后生成PWM信號，利用光纖對IGBT的關(guān)閉和導(dǎo)通進行控制；主控器，主要負責發(fā)送指令、處理和控制信息，為變頻部分的核心；主回路，采用交流-直流-交流變頻器。

3.3 控制階段

變頻器的拓撲結(jié)構(gòu)、冷卻控制、變頻調(diào)速控制是技術(shù)控制階段的重要核心環(huán)節(jié)。對于變頻器拓撲結(jié)構(gòu)（如圖2所示），由整流單元、主回路可恢復(fù)的快速短路保護系統(tǒng)、三電逆變單元以及輸出正弦波濾波器組成。對于冷卻控制，變頻器冷卻系統(tǒng)如圖3所示，冷卻系統(tǒng)通過外部冷卻水將內(nèi)部散熱管道中去離子水的熱量帶走。對于變頻調(diào)速控制，當電機開始運行時，便通過驅(qū)動帶動刮板輸送機進行運轉(zhuǎn)，變頻調(diào)速器將供電電壓的頻率進行改變，從而也使輸送機的啟動轉(zhuǎn)速發(fā)生了改變，依據(jù)變頻器提前預(yù)設(shè)的時間范圍，使刮板輸送機的速度保持穩(wěn)定的遞增狀態(tài)，由此使輸送機的電機壽命得以保證并延長，同時，也降低了輸送機在維修和保養(yǎng)方面的次數(shù)。

圖1 變頻調(diào)速電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 變頻器拓撲結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 變頻器冷卻系統(tǒng)示意圖

3.4 應(yīng)用案例

某煤礦采用SGZ-1000/2×700型刮板輸送機，輸送電源為1 140V，變頻器在輸出頻率為5～50Hz和50～60Hz時分別為恒扭矩和恒功率。變頻調(diào)速系統(tǒng)的額定電流為416 A，由2臺變壓器通過電纜（3×95mm2）將4路1 140 V電壓輸送至組合開關(guān)，為刮板輸送機的變頻調(diào)速系統(tǒng)供電。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了刮板輸送機的變頻啟動，啟動平緩，降低了對輪皮子的摩擦，減小噪音，有效降低了能耗和電能消耗。

4 結(jié)語

實際應(yīng)用證明，變頻調(diào)速技術(shù)能夠降低輸送機系統(tǒng)的維護與損耗，提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，因此，這項技術(shù)應(yīng)大力推廣和應(yīng)用。