礦用皮帶機變頻電控系統(tǒng)在煤礦的應用

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摘要：隨著現(xiàn)代國內外變頻調速技術的不斷成熟和提高，變頻器在我國礦山機電設備中得到越來越廣泛的應用。我礦的上倉強力皮帶輸送機原采用工頻拖動，液力偶合器傳動，存在傳動效率低、啟動電流沖擊及機械沖擊大等問題，造成了系統(tǒng)運行不經(jīng)濟；皮帶和液力偶合器磨損嚴重，維修及維護成本高；由于是多電機驅動，很難做到多電機驅動功率平衡。因此對皮帶運輸機采用變頻控制，能有效降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益；控制系統(tǒng)本身良好的控制性能和完善的保護環(huán)節(jié)，能有效避免事故的發(fā)生和延長皮帶機的使用壽命。本文簡要介紹了煤礦強力皮帶輸送機的變頻控制改造及使用情況。 

關鍵詞：變頻器 皮帶輸送機 軟啟動 節(jié)能  中圖分類號：te08文獻標識碼：a 文章編號：  皮帶機擔負著全礦的煤炭運輸任務，運輸量大，運行時間長，皮帶機的安全運行直接影響礦井生產(chǎn)任務能否順利完成。該皮帶機原傳動方式為液力偶合器配合行星減速機使用，啟動電流大，啟動時對機械部分磨損嚴重甚至損壞，且皮帶加載時間短，容易引起皮帶張力變化，影響皮帶壽命，由于是多電機驅動，很難做到多電機驅動功率平衡[1]。我礦對該皮帶進行了技術改造。改用變頻控制。通過運行使用，運行安全穩(wěn)定可靠，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟效益。  1 原控制方式及使用情況  該皮帶機為dx3型，帶寬b=1000mm，帶速v＝2.5ｍ/ｓ；設計運輸能力:700t/h；配用電機型號yb355m2-4，功率：3×250kw,電壓660v；巷道傾角0～7°；輸送帶長度890ｍ。通過液力偶合器偶合減速機來驅動主副滾筒，然后通過滾筒與皮帶間的摩擦力來帶動皮帶運行。初期投入雖然不高，但維護費用較大。另外因設備處于回風巷內，液力偶合器維護不好常常漏油，存在很大的安全隱患。  2 改造方案  將原控制方式改為變頻電控方式，采用3臺高性能矢量控制型變頻器控制3臺電動機，構成主從驅動系統(tǒng)，通過各類傳感器采集設備的運行狀態(tài)信息，配合控制系統(tǒng)完成所有的工藝控制和保護功能。  2.1 控制系統(tǒng)  本系統(tǒng)由主控臺、變頻柜、電源柜和制動柜組成，安放于控制室內。該主控臺采用技術先進、性能可靠的可編程控制器，配以多種檢測、控制組件完成輸送機運行過程中應有的設備閉鎖控制、速度閉環(huán)控制、各種安全保護和工作狀態(tài)顯示。司機可操作控制臺上的操作按鈕來控制皮帶輸送機的運行，并通過指示燈、人機界面了解輸送機的運行狀態(tài)及運行參數(shù)。通過操作面板和觸摸屏的操作，可對控制方式和運行狀態(tài)進行設定，監(jiān)視輸送機的運行狀態(tài)和運行參數(shù)的設置[2]。  2.2 系統(tǒng)特點  2.2.1 本電控裝置可以任意設定皮帶的起動時間和運行速度，在很大程度上避免了直接起動給設備帶來的機械沖擊。  2.2.2 任意的速度調節(jié)給檢修、更換皮帶等帶來了很大的方便，同時結合現(xiàn)場的煤量情況可以降頻使用，節(jié)能效果非常明顯。  2.2.3 主控臺通過實時檢測輸送機的速度，控制輸送機在零速時制動器動作，自動抱閘，避免了輸送機的溜車和變頻器、電機過流。  2.2.4 采用變頻器完成電機的啟動調速，可實現(xiàn)帶式輸送機的平穩(wěn)啟動和調速要求外，在長時間低速運行（如驗繩、驗帶）狀態(tài)下，具有明顯的節(jié)能效果。  2.2.5 系統(tǒng)具備全面的故障監(jiān)測、可靠的故障報警保護功能。具有過電壓、過電流、欠電壓、短路、接地、過熱等多種保護功能。  2.2.6 具備低速驗帶功能。驗帶速度為0.2米/秒～ve額定速度可調[3]。  3 改造后的運行情況  3.1 真正實現(xiàn)了皮帶運輸機系統(tǒng)的軟起動  運用變頻器對皮帶運輸機進行驅動，運用變頻器的軟起動功能，將電機的軟起動和皮帶機的軟起動合二為一，通過電機的慢速起動，帶動皮帶機緩慢起動，將皮帶內部貯存的能量緩慢釋放，使皮帶機在起動過程中形成的張力波極小，幾乎對皮帶不造成損害[4]。  3.2 實現(xiàn)皮帶機多電機驅動時的功率平衡  應用變頻器對皮帶機進行驅動時，采用主從控制，實現(xiàn)功率平衡。  3.3 降低設備的維護量  變頻器是一種電子器件的集成，它將機械的壽命轉化為電子的壽命，壽命很長，大大降低設備維護量。相應的降低了維修費用。  3.4 方便皮帶檢修  采用變頻調速后，可將皮帶機運行速度降到很慢，解決了以前由于皮帶機運行速度過快而難于檢修皮帶的問題，提高了皮帶的檢修效率。  3.5 節(jié)約能源  采用變頻器驅動后，在整個過程中功率因數(shù)達0.9以上，大大節(jié)省了無功功率。采用變頻器驅動之后，電機與減速器之間是直接硬聯(lián)接，中間減少了液力偶合器這個環(huán)節(jié)。因而采用變頻器驅動后，系統(tǒng)總的傳遞效率可提高5%～10%。在變頻運行中，在運煤量不大的下或空載的情況下，可將皮帶機的運行速度降低，也可節(jié)約一部分電量。  4 經(jīng)濟效益  4.1 節(jié)約電能  皮帶機電機功率為3×250kw，平均每天運行12h左右.原設計采用直接起動，起動后電機全速運行，而井下煤倉下煤量達不到皮帶運輸機的運輸能力，故皮帶上煤量不足，這樣很不經(jīng)濟，浪費電能。使用變頻器對拖動電機進行變頻調速后，皮帶運輸機按實際需要功率出力，把變頻器輸出頻率設為39hz～40hz，電機轉速比工頻速度適當降低，就可以使皮帶運行速度與井下煤倉下煤量相匹配，同時降低了運行電壓和電流，減小電能消耗。據(jù)礦井統(tǒng)計，變頻調速運行比直接工頻運行可節(jié)約電能10％～15％。  4.2 節(jié)省維修費用  原設計采用電機直接起動，不能調速，起動過程對電網(wǎng)、電機和傳動機械設備沖擊較大，加劇了機械設備的磨損，縮短了設備使用壽命，同時也縮短了設備維修周期，增加了停產(chǎn)檢修次數(shù)。直接起動也造成控制設備如真空接觸器、開關等的頻繁更換，這都增加了維修費用，停產(chǎn)檢修也造成煤炭產(chǎn)量的損失。而采用變頻器后，可以實現(xiàn)皮帶運輸機軟啟動，對電網(wǎng)和機械傳動設備基本無沖擊，大大延長設備使用壽命。自2008年10月投運至今近兩年，一直穩(wěn)定運行，除正常清潔維護外，沒有發(fā)生停產(chǎn)檢修故障，這無疑節(jié)約了維修成本又保證生產(chǎn)不受損失。  4.3 有效減少人力資源、降低了設備的維護量  變頻器是一種電子器件的集成，它將機械的壽命轉化為電子的壽命，壽命很長，大大降低設備維護量。同時，利用變頻器的軟起動功能實現(xiàn)帶式輸送機的軟起動，起動過程中對機械基本無沖擊，也大大減少了皮帶機系統(tǒng)機械部份的檢修量。除正常清潔維護，沒有大量的維修工作，故不必配備許多設備維修人員。變頻器操作簡單方便，運行穩(wěn)定可靠，每班只需1人值班操作即可，節(jié)約了人力資源，相應也提高了生產(chǎn)效率[5]。  5 結束語  防爆變頻調速裝置投入運行后，我礦整個上倉強力輸送機系統(tǒng)及驅動電機的事故明顯下降，既延長了整個膠帶輸送機系統(tǒng)的使用壽命，同時又保證了正常生產(chǎn)和生產(chǎn)安全，經(jīng)濟效益和社會效益明顯。  參考文獻:  [1]郭永存.頭部雙滾筒分別驅動膠帶輸送機電機功率配比的研究[j].煤礦機械.1995年03期.  [2]韓安榮.通用變頻器及其應用技術[m].北京:機械工業(yè)出版社.2000.  [3]吳耀偉.皮帶機軟啟動裝置plc控制方法[j].《科技資訊》.2011年04期.  [4]魏蕾.基于plc及變頻調速器的多電機控制研究[d].大連交通大學.2010年.  [5]李良仁.變頻調速技術與應用[m].電子工業(yè)出版社.2004.  注：文章內所有公式及圖表請用pdf形式查看。