李永紅

（山西西山煤電股份有限公司鎮(zhèn)城底礦， 山西 太原 030203）

引言

帶式輸送機承擔(dān)著煤礦中散裝物料的主要輸送任務(wù)，帶式輸送機主要是由皮帶、驅(qū)動裝置、張緊裝置、機架和托輥等組成。帶式輸送機主要的工作原理是依據(jù)摩擦力來進行運動，電機轉(zhuǎn)動系統(tǒng)帶動驅(qū)動輥筒轉(zhuǎn)動，利用皮帶和輥筒的表面摩擦力使得皮帶開始轉(zhuǎn)動。同時張緊裝置是皮帶和輥筒摩擦力在要求范圍內(nèi)的保證。機架和托輥等配套裝置起到支撐皮帶的作用，降低皮帶轉(zhuǎn)動時自身的阻力。當(dāng)皮帶運轉(zhuǎn)時物料降落到帶式輸送機的機尾接料處，通過在皮帶上進行輸送至帶式輸送機的機頭處進行卸料，進而實現(xiàn)對煤炭的輸送。

目前，隨著煤礦開采技術(shù)的不斷發(fā)展，開采效率不斷提高，帶式輸送機從原來的單機驅(qū)動逐漸發(fā)展成為了雙機驅(qū)動，雙機驅(qū)動不僅能夠滿足井下的惡劣環(huán)境，而且能夠降低帶式輸送機在運轉(zhuǎn)過程中的電能的消耗，大大減小了其機架的整體尺寸。目前現(xiàn)有的雙機驅(qū)動系統(tǒng)的帶式輸送機存在著許多問題，具體為：啟動電流過大會造成電網(wǎng)的沖擊較大[1-2]；在帶式輸送機工作時電機的輸出功率不穩(wěn)定，造成保護器的頻繁工作，影響工作效率；電能損耗嚴重，由于煤炭在實際輸送中，運煤量會發(fā)生變化，雙機驅(qū)動系統(tǒng)的帶式輸送機不能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，導(dǎo)致在煤量少的情況下仍全額高速運行，浪費電能。

1 多種控制結(jié)合的變頻驅(qū)動系統(tǒng)

為了改變傳統(tǒng)變頻控制的帶式輸送機存在的問題，在原有的變頻雙機驅(qū)動系統(tǒng)上進行改進，采用了一種多種方式相結(jié)合的控制方法，使得雙機驅(qū)動的帶式輸送機在實際運轉(zhuǎn)時兩電機的轉(zhuǎn)速相等，輸出的電磁轉(zhuǎn)矩相等，其控制方法如圖1 所示。皮帶的轉(zhuǎn)速與主電機輸出轉(zhuǎn)速、主電機與從電機這兩方面都做到閉環(huán)控制，就可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的同步控制，這既滿足了帶式輸送機的轉(zhuǎn)速要求，又實現(xiàn)了主從電機的轉(zhuǎn)速同步控制。在轉(zhuǎn)矩方面，主從電機需要與轉(zhuǎn)速進行運算比較，計算器電得到相應(yīng)的控制轉(zhuǎn)矩信號[3-4]。雙機驅(qū)動的帶式輸送機的控制原理可通過以下公式進行分析。

圖1 多種控制相結(jié)合的雙電機帶式輸送機控制方法

電機電力拖動公式：

式中：tl為電機負載轉(zhuǎn)矩；te為電機輸出電磁轉(zhuǎn)矩；J 為電機轉(zhuǎn)動慣量；β 為電機角加速度；ωt為電機角速度。

角速度計算公式：

由公式（1）和（2）得出電機的輸出功率計算為：

2 帶式輸送機雙電機驅(qū)動仿真

2.1 模型建立

為了驗證帶式輸送機在多種變頻控制結(jié)合的驅(qū)動系統(tǒng)能否達到功率的平衡，實現(xiàn)變頻調(diào)速，通過使用MATLAB/SIMULINK 對多種控制的方式相結(jié)合的帶式輸送機進行仿真分析驗證其是否能夠達到預(yù)想狀態(tài)。仿真模型采用的電機額定功率均為50 kW，額定電壓為1 140 V。仿真時間設(shè)定為10 s，采樣的周期為1×10-5s，兩臺驅(qū)動電機的其他參數(shù)均設(shè)置為相同，帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)給定的轉(zhuǎn)矩在0～5 s 時轉(zhuǎn)矩為0，在5～10 s 中給定的轉(zhuǎn)矩為1 000 N·m。轉(zhuǎn)速的給定在0～2.5 s 時為400 r/min，在2.5～5 s 時為1 300 r/min，5～7.5 s 時 為1 300 r/min，7.5～10 s 時 為800 r/min。雙機驅(qū)動系統(tǒng)的仿真圖如圖2 所示。

圖2 雙電機驅(qū)動系統(tǒng)的仿真圖

2.2 仿真結(jié)果及分析

仿真結(jié)果見圖3，分別得到了兩電機的電流。

圖3 主、從電機A 相定子電流波形圖

通過對電流波形圖進行分析能夠發(fā)現(xiàn)，電機在0.2 s 之前啟動電流很大，為了保證在啟動時電流的沖擊設(shè)置有限流環(huán)節(jié)，保護電機。驅(qū)動系統(tǒng)兩次加速階段分別位于0.2～0.6 s 與2.5～3.5 s 這兩次加速階段的波形圖上能夠看出，兩個驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速是基本同步的。剩下的階段為穩(wěn)定運行階段，穩(wěn)定運行階段的兩臺驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩也達到了相等，實現(xiàn)了雙擊驅(qū)動帶式輸送機的同步控制[5]。

從整個系統(tǒng)的仿真結(jié)果來看，通過多種控制方式的變頻組合后的效果，不論是帶式輸送機處于變載還是變速情況下，都能夠?qū)崿F(xiàn)雙電機的同步控制、無級調(diào)速，啟動電流以及加速電流等保持在要求的范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

首先對雙電機帶式輸送機的結(jié)構(gòu)進行了闡述，提出了實現(xiàn)主從電機轉(zhuǎn)速相同的控制方法以及輸出轉(zhuǎn)矩相等的控制方法。主電機的實際轉(zhuǎn)速和給定的系統(tǒng)設(shè)定的轉(zhuǎn)速、從電機的實際轉(zhuǎn)速與主電機的轉(zhuǎn)速這兩個部分均實現(xiàn)閉環(huán)控制，實現(xiàn)了雙閉環(huán)控制下的雙電機的轉(zhuǎn)速同步，也能夠達到系統(tǒng)給定的轉(zhuǎn)速，對主電機進行補償轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)主從電機的電磁轉(zhuǎn)矩相等。最后利用MATLAB/SIMULINK 對改進后的驅(qū)動控制系統(tǒng)進行仿真模擬，結(jié)果表明，不論是穩(wěn)定狀態(tài)還是加速減速情況下，雙電機驅(qū)動的帶式輸送機均能夠達到主從電機的轉(zhuǎn)速同步控制和輸出功率的平衡，為雙電機帶式輸送機今后的發(fā)展提供一定的指導(dǎo)作用和理論依據(jù)。