楊登川

（山西長治郊區(qū)三元南耀吉安煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000）

引言

帶式輸送機為綜采工作面的關(guān)鍵運輸設(shè)備，其與工作面采煤機、刮板輸送機相匹配。隨著采煤機截割能力的不斷提升，對帶式輸送機的運輸能力提出了更高的要求，可通過提升輸送機的帶速和帶寬提升其運輸能力。但是，鑒于帶式輸送機使用巷道空間狹小，只能通過提升輸送機帶速來達到提升其運輸能力的目的。與此同時，帶式輸送機在啟動過程中由于力矩過大、啟動電流過大導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)跳閘、磨損嚴重等問題[1]。在上述背景下，實現(xiàn)帶式輸送機的變頻驅(qū)動勢在必行。

1 帶式輸送機變頻驅(qū)動需求及功能分析

1.1 帶式輸送機變頻驅(qū)動需求分析

目前，帶式輸送機將朝著大運量、長距離以及高運速的方向發(fā)展，尤其是對其驅(qū)動系統(tǒng)的性能要求越來越高。與此同時，帶式輸送機必須具備對輸送帶縱向撕裂、打滑、跑偏等故障的保護。本文所研究帶式輸送機主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 帶式輸送機主要技術(shù)參數(shù)一覽表

經(jīng)現(xiàn)場勘測，帶式輸送機所應(yīng)用工作面的傾角為0.47°，工作面的粉塵濃度大且濕度較大。為滿足帶式輸送機在各種工況下的啟動性能要求，其驅(qū)動系統(tǒng)具備常規(guī)啟動性能并重點解決如下兩點問題：

1）重點降低帶式輸送機的啟動加速度，并延長設(shè)備的啟動時間；

2）重點解決該帶式輸送機多電機驅(qū)動下功率不平衡問題。

1.2 帶式輸送機變頻驅(qū)動系統(tǒng)功能分析

目前，可應(yīng)用于帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)的方式包括有調(diào)速液力耦合器驅(qū)動系統(tǒng)、BOSS驅(qū)動系統(tǒng)、電軟啟動控制器、CST驅(qū)動控制系統(tǒng)以及變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)。經(jīng)對比可知：調(diào)速型液力耦合器控制精度低；BOSS驅(qū)動系統(tǒng)無法實現(xiàn)無級調(diào)速，且對應(yīng)的傳動效率較低，運行成本高；電軟啟動控制器存在功率損耗大、效率低的問題；CST驅(qū)動控制系統(tǒng)雖然啟動平穩(wěn)，傳動效率高，但是其對應(yīng)的體積龐大，與工作面狹小空間不匹配，且后期運維成本加高[2]。

變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)不僅可實現(xiàn)多電機之間的功率分配，且對應(yīng)的控制精度較高，整個控制過程的波動較小。因此，采用變頻驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)對帶式輸送機的啟?？刂茷樽罴堰x擇。

2 帶式輸送機變頻驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計

考慮到帶式輸送機的功率大且應(yīng)用環(huán)境惡劣，結(jié)合《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)要求和防爆型要求，將變頻器的控制柜安裝于地面。本方案所選型變頻器的具體型號為ACS 1000。為減小帶式輸送機電機的輸出轉(zhuǎn)矩的脈動，本方案選用直接轉(zhuǎn)矩控制方式。除此之外，變頻驅(qū)動系統(tǒng)還包括有主回路斷路器、隔離變壓器以及電動機等關(guān)鍵設(shè)備[3]。

2.1 主回路斷路器的選型

主回路斷路器主要功能是承擔(dān)變壓器的沖擊電流，保證系統(tǒng)長時間過載狀態(tài)下仍可安全運行。本方案所選型主回路斷路器的具體型號為VD4 12 1250，其對應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)如下頁表2所示。

表2 VD4 12 1250主回路短路器關(guān)鍵參數(shù)

2.2 隔離變壓器的選型

ACS 1000變頻器需要通過隔離變壓器為其供電才能夠運行并將線路中的電網(wǎng)側(cè)諧波控制在標準范圍之內(nèi)。本方案所選型隔離變壓器的具體型號為ZBS-M-2000，其對應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)如下頁表3所示。

表3 ZBS-M-2000隔離變壓器關(guān)鍵參數(shù)

3 變頻驅(qū)動系統(tǒng)的性能試驗研究

為驗證變頻驅(qū)動系統(tǒng)能夠適應(yīng)于工業(yè)中帶式輸送機的應(yīng)用需求，本文將通過試驗方式對不同工況下帶式輸送機的啟?？刂菩阅苓M行研究，所設(shè)計的試驗方案如下：

1）對帶式輸送機在空載啟動階段各個驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)矩、速度的變化情況，分析其是否滿足系統(tǒng)軟啟動加速時的相關(guān)要求；

2）對帶式輸送機在正常停機和緊急制動時各個驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)矩與速度的變化情況；

通過對上述兩種工況下帶式輸送機驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)矩與速度變化趨勢的研究，分析變頻驅(qū)動系統(tǒng)能否滿足工業(yè)帶式輸送機的平穩(wěn)控制要求[4]。

3.1 空載啟動階段的性能試驗

帶式輸送機在空載啟動過程總共分為四個階段，包括有預(yù)張緊階段、加速過渡階段、加速階段以及穩(wěn)定運行階段。設(shè)定帶式輸送機穩(wěn)定運行的速度V0，預(yù)張緊階段速度由0增大至10%V0；加速過渡階段為速度按照10%V0運行；加速階段速度由10%V0增大至V0；穩(wěn)定運行階段速度以V0運行。經(jīng)試驗得出如下結(jié)論：

1）在預(yù)張緊階段，帶式輸送機驅(qū)動滾筒的力矩在50 s的時間內(nèi)緩慢增大至其最大力矩的18%，在此階段不會對系統(tǒng)造成沖擊；對應(yīng)驅(qū)動滾筒的速度變化按照“S”曲線增加，并且加速度呈現(xiàn)先增加后降低為0的變化趨勢；

2）在加速過渡階段，帶式輸送機驅(qū)動滾筒的驅(qū)動力矩為最大力矩的18%，驅(qū)動速度按照10%V0穩(wěn)定運行；

3）在加速階段，帶式輸送機驅(qū)動滾筒驅(qū)動力矩最大力矩的18%開始緩慢增大至30%后又逐漸下降，并最終穩(wěn)定于20%，整個變化趨勢符合“S”曲線。

4）在穩(wěn)定運行階段，驅(qū)動滾筒的力矩穩(wěn)定于最大轉(zhuǎn)矩的22%左右，驅(qū)動速度也穩(wěn)定于100%V0。

此外，整個控制階段帶式輸送機三個驅(qū)動滾筒的變化曲線一致，說明三電機功率平衡。

3.2 正常停車過程的性能試驗

正常停車分為帶式輸送機停車初始階段、變頻停車階段以及慣性停車三個階段。其中，停車初始階段帶式輸送機驅(qū)動滾筒的轉(zhuǎn)矩從20%最大轉(zhuǎn)矩值開始減小，速度從V0開始減??；變頻停車階段為設(shè)備轉(zhuǎn)矩在制動10 s后降為0，但是速度降為55%V0；慣性停車階段為驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)矩已經(jīng)為0，速度從55%V0將為0，整個過程耗時30 s。經(jīng)試驗得出如下結(jié)論：

1）帶式輸送機在10 s的變頻制停車段，驅(qū)動滾筒的力矩減小為0，驅(qū)動速度由V0降至55%V0。

2）帶式輸送機在慣性制動階段，整個階段驅(qū)動滾筒力矩為0，在其自身阻力情況下減速停車。

總之，在正常停車階段帶式輸送機兩個驅(qū)動滾筒力矩能夠按照相同的曲線降為0，具有同步性好、控制精度高的特點，且整個控制過程平穩(wěn)[5]。

4 結(jié)語

帶式輸送機作為綜采工作面的關(guān)鍵運輸設(shè)備，目前主要特征為大運量、長距離、高運速。為保證帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)滿足實際運輸各種工況的要求，匹配綜采工作面的運輸能力，選用變頻驅(qū)動系統(tǒng)對帶式輸送機進行啟停控制。經(jīng)試驗表明，變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對帶式輸送機空載啟動、正常停車的平穩(wěn)控制，且對多電機具有較好的功率平衡貢獻。