肖玉龍

（同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

變頻技術(shù)能更好地控制機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行，保障設(shè)備穩(wěn)定安全地工作，可以節(jié)約更多的能源。本文以同煤集團(tuán)同發(fā)東周窯煤礦DSJ140/350/2×500型帶式輸送機(jī)為研究對象，采用現(xiàn)代變頻技術(shù)對其進(jìn)行改造。

1 東周窯煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)

同發(fā)東周窯煤礦位于山西大同左云縣，年產(chǎn)能力為1000萬t，其井下帶式輸送機(jī)承擔(dān)著很強(qiáng)的運(yùn)輸任務(wù)。東周窯煤礦井下帶式輸送機(jī)采用的是雙機(jī)驅(qū)動裝置，其型號為DSJ140/350/2×500，兩臺電機(jī)均安設(shè)在機(jī)頭處。此前東周窯帶式輸送機(jī)采用液力耦合器來保護(hù)電機(jī)和防止啟動高電流，運(yùn)輸期間對于皮帶的損壞非常嚴(yán)重，常需要停機(jī)進(jìn)行檢修，降低了工作效率，該種工作模式增加了耗電量，運(yùn)輸成本增加。當(dāng)前國家提出了能源資源的節(jié)能減排方針，必須重視變頻技術(shù)在機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用，以響應(yīng)國家的號召，也是企業(yè)自身降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的一項重要的途徑?；谝陨显?，從提高工作效率，降低運(yùn)輸成本的角度來考慮，公司技改部決定對帶式輸送機(jī)進(jìn)行現(xiàn)代變頻技術(shù)的改造實踐應(yīng)用的項目進(jìn)行立項。

2 現(xiàn)代變頻技術(shù)的運(yùn)行機(jī)理分析

現(xiàn)代變頻技術(shù)融合了現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機(jī)信息技術(shù)、電機(jī)運(yùn)行技術(shù)以及機(jī)電一體化技術(shù)。變頻技術(shù)是通過把工頻電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而形成其它頻率電能，以此為基礎(chǔ)來對機(jī)電設(shè)備進(jìn)行控制。原理為整流橋?qū)⒐ゎl交流電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，經(jīng)逆變器后再轉(zhuǎn)換為有效的電壓，從而以驅(qū)動電壓的模式對交流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動操作。煤礦機(jī)械設(shè)備都是耗能大戶，將變頻技術(shù)與開采設(shè)備機(jī)電相結(jié)合，是實現(xiàn)其降能的有效途徑。同時變頻技術(shù)還具有無沖擊啟動、軟停機(jī)等控制性能，可以保持整個礦井供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速改造方案的設(shè)計研究

3.1 傳統(tǒng)液力耦合器的不足

東周窯礦DSJ140/350/2×500落地式皮帶輸送機(jī)以往采用的是傳統(tǒng)液力耦合器，在工作期間存在著以下不足：（1）液力耦合器增加了空載啟動環(huán)節(jié)，空載啟動階段會產(chǎn)生4～5倍的電機(jī)額定電流，因瞬間電流的增大而損壞電機(jī)，還會沖擊煤礦的供電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致電壓下降現(xiàn)象，影響到其它機(jī)電設(shè)備的正常工作；（2）對帶式輸送機(jī)的皮帶強(qiáng)度要求高，液力耦合器要求帶式輸送機(jī)在短時間內(nèi)完成加載工作，對皮帶的張力值要求更高，否則會使得皮帶斷裂發(fā)生故障；（3）無法解決雙電機(jī)驅(qū)動的功率不平衡問題，帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸長度較長，液力耦合器無法解決電機(jī)驅(qū)動的功率不平衡問題；（4）容易造成環(huán)境污染問題。

3.2 基于現(xiàn)代變頻技術(shù)的變頻器的優(yōu)勢

在皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)系統(tǒng)中采用變頻器，具有以下優(yōu)勢：（1）實現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟啟動。高壓變頻器的使用可以實現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的緩慢啟動，實現(xiàn)帶式輸送機(jī)的緩慢啟動，進(jìn)一步釋放膠帶的貯存能量，降低因啟動與停止產(chǎn)生過大的沖擊力而損壞膠帶；（2）降低對膠帶強(qiáng)度的要求，啟動時間的延長可以降低對皮帶強(qiáng)度的要求，減少啟動的瞬間產(chǎn)生的大電流現(xiàn)象，保護(hù)設(shè)備內(nèi)部及各零部件，延長設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備采購的成本；（3）解決帶式輸送機(jī)雙電機(jī)驅(qū)動時的轉(zhuǎn)矩平衡問題，高壓變頻器通過一拖一控制來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩平衡；（4）具有驗帶、自動調(diào)速、節(jié)能等功能，依據(jù)相應(yīng)的煤炭運(yùn)輸量要求，變頻技術(shù)實現(xiàn)運(yùn)輸速度的自行調(diào)節(jié)功能，在帶式輸送機(jī)的整個運(yùn)行過程中，更好地實現(xiàn)帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸要求，大大降低工作能耗，節(jié)約電能。

3.3 變頻調(diào)速改造方案的設(shè)計與選擇

帶式輸送機(jī)采用多臺電機(jī)拖動，需要對其控制與協(xié)調(diào)問題進(jìn)行平衡。針對東周窯礦DSJ140/350/2×500落地式皮帶輸送機(jī)的變頻技術(shù)改造前，事先設(shè)計了以下三種驅(qū)動方案：

方案1：一拖多并聯(lián)運(yùn)行方案。主要適用于電機(jī)數(shù)量少、功率小的改造方案。方案2：主-從控制方案。主要是適用于電機(jī)出力均衡、間距小、系統(tǒng)簡單的改造方案。方案3：統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制方案。主要適用于改造電機(jī)數(shù)量多、間距大、系統(tǒng)復(fù)雜的改造方案。

結(jié)合東周窯礦開采現(xiàn)場的實際情況與應(yīng)用條件，為了有效控制負(fù)載平衡，技術(shù)人員決定采用主-從控制模式來進(jìn)行變頻技術(shù)的改造。安裝2臺變頻器，確定其中1臺為主控變頻器，從而確定電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時根據(jù)皮帶輸送要求對整個系統(tǒng)進(jìn)行速度控制，另1臺為從變頻器，取2臺電動機(jī)在各自系統(tǒng)中的磁通值，把轉(zhuǎn)矩給定值轉(zhuǎn)換為電流給定值，進(jìn)行各自的電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，保證2臺電動機(jī)的出力一致，達(dá)到轉(zhuǎn)矩平衡。由主-從控制結(jié)構(gòu)負(fù)載平衡控制示意圖（圖1）可以看到，主控變頻器控制著1#電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時發(fā)出1#電機(jī)和2#電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，從控變頻器調(diào)速系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)來對2#電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。

圖1 主-從控制結(jié)構(gòu)負(fù)載平衡控制示意圖

在本次的改造方案中，考慮到保障電機(jī)的轉(zhuǎn)速精度控制在0.1%以內(nèi)，變頻器使用了速度傳感器技術(shù)。

4 實踐應(yīng)用效果分析

DSJ140/350/2×500型皮帶運(yùn)輸機(jī)經(jīng)采用主-從控制方案對其進(jìn)行變頻技術(shù)改造，整個帶式輸送機(jī)運(yùn)輸工作可以有效地進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加了運(yùn)輸系統(tǒng)的自動化程度，電能消耗量節(jié)約55萬元。整個皮帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)備的故障率降低，減少了維修和維護(hù)的工作量。

5 總結(jié)

本文以同煤集團(tuán)同發(fā)東周窯煤礦DSJ140/350/2×500型帶式輸送機(jī)為研究對象，對其采用現(xiàn)代變頻技術(shù)進(jìn)行改造研究，實踐應(yīng)用效果表明改造后的帶式輸送機(jī)能彌補(bǔ)應(yīng)用過程中功率和耗能不足的問題，同時起到了調(diào)速和節(jié)能的效果。可以給集團(tuán)公司其它煤礦帶式輸送機(jī)的變頻改造提供參考。