谈煤矿胶带运输机变频调速技术改造

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摘要：煤矿胶带运输机变频调速系统运行期间，很容易发生电机功率过大、重载启动困难和启动性能差等问题。为了保证系统运行效果，企业应实行可行性技术改造方案，并将其应用至实际开采过程中，以便为煤矿企业创造更多的经济效益。

关键词：煤矿；胶带运输机；变频调速技术

胶带运输机在煤矿生产中发挥着十分重要的作用，除了立井提升期间不需要胶带运输机，其他开采环节均需要，尤其在主斜井处。胶带运输机由停机到运行，其间需要较大转矩，运行距离和坡度均会影响设备的使用寿命。为了保证胶带运输机良性启动，提高煤矿开采效率，企业应综合应用变频调速技术，降低生产成本，创造更好的经济效益。

1胶带运输机结构及变频调速

1.1胶带运输机结构

胶带运输机一般经液力耦合器同轴连接三相异步电动机，之后再通过减速箱传到滚筒，通过摩擦力带动胶带运行。软启动器完成胶带运输机的启动工作，实现工频运行，之后将动力经过液力耦合器传递至胶带运输机。胶带运输机在启动后保持恒定速度运行，且在调节胶带运行速度时采用机械调节方法，主要通过液力耦合器完成。驱动滚筒可以完成胶带运输机胶带的运动，利用摩擦力驱动支撑托辊上的胶带带动物料运动。胶带属于弹性材料，在运输机停止与运行期间会存储较多势能，因此，应选择软启动方式。当前大多煤矿企业在软启动胶带运输机时往往采用液力耦合器设备，启动时液力耦合器效率会自动调节为零，保证空载启动电机。软启动时，电机可以实现可控硅运行，但启动电流依然较大，电网会出现剧烈波动，内部很容易因过热出现机械冲击问题。胶带运输机的启动加载力较大，启动时间较短，运行期间胶带很容易出现断裂与老化的问题，因此，应针对实际情况选择强度较大的胶带。除此之外，液力耦合器长时间运行会导致内部油温升高，加速金属部件的磨损，不仅增加了维修成本，还会因多机驱动导致胶带运输机功率不稳等。

1.2变频调速技术原理

变频调速技术主要转变大功率电路，完成电路控制，通过电能带动机械设备运行，完成系统的节能控制与运动控制。为了保证上述功能的实现，应合理组成自动控制电路，包括计算机、电子电路和传感器等设备，以实时采集输送电路中的运行数据，保证变频调速效果。计算机、传感器以及执行器均为变频调速设备的重要组成部分。a)计算机控制器，是调速变频器中的微处理器，它可以调整控制矢量、控制转差频率以及控制直接转矩等，尤其可以控制电机的工作参数，优化控制过程。控制闭环中包括变频器与电机设备，保证系统运行负荷参数信息，能节省电能。b)传感器，安装于电机拖动系统区域，可以感知运行系统的参数信息，包括流量、温度、压力、转速和转矩等，向计算机控制器反馈制订的标准信号作为运行参照。c)执行器。(a)继电器、阀门、通断开关等机电设备。通过计算机控制器控制设备的通断与关闭，保证电机装置的投切与流体运行。(b)变频器。计算机控制器将控制信号传递至变频器后，根据需要转变的电能形态，改变电压和频率，在控制电机转速的基础上调整运行速度。

1.3变频调速控制系统分类

a)开环的变频调速仅通过变频器设备完成，不需要传感器与计算机控制器的参与，可以完成电机变频调速工作。b)直接数字控制变频调速系统。在采集系统运行参数时，通过模拟量输入通道完成，根据采集设备的运行情况，由通道输出变频控制信号与阀门开度，根据开关量输出通道系统完成对启动信号的有效控制，并根据开关量输出通道系统完成对系统启动信号的有效控制。之后在计算机处理系统运行信号，变换数字量。c)分布式变频调速控制系统，运行时全面协调，并实现分级管理，形成层次化的分级结构。

2煤矿胶带运输机现状

A煤矿采用强力带式输送机，输送量可达1000t/h，提升高度为12m，运输距离达到700m。胶带运输机采用PVG1000S阻燃胶带，型号为DSJ20/100，卸载滚筒型号为DTⅡ03A6124（Φ800mm×1600mm），配套电机为YBS-160BL(2/160kW)，采用闸瓦制动模式。输送机采用直接顺序启动模式，制动器型号为BED-50/6。输送机配置2台160kW的电机，重载启动难度较大，运输机验带流程烦琐，且电机功率较大，需要一次性启动，在全速运行时存在较大的冲击力，无法保证电机的正常运行。基于此，为了保证变频优化效果，应在原设备的基础上增加BPBT-315/660矿用隔爆型变频调速装置，确保设备的安全稳定运行[1]。

3改造方案

a)安装矿用隔爆型变频调速装置。以往胶带运输机由启动器开关完成启停工作，采用移动变电站负荷侧连接启动开关，但启动时会产生较大冲击力，给机械设备带来较大损害。因此，煤矿企业增加2套控制功率为160kW的矿用隔爆型变频调速装置与2台电压为660V的电源，保证2台电机同时启动。同时，为了实现对2台电机的集中控制，还另外配置集中控制台，避免出现过载、过流、过电压和短路等问题。胶带运输机变频调速安装如图1所示。b)为了实现集中控制，还应安装PLC，确保电机的同步运行，并根据煤量调节运输机的运行速度。其中，电机启停时间范围为0～180s，输出频率调节范围为0～60Hz。为了有效保护最后一次的故障参数与近10次故障记忆信息，还应在系统中增加诊断、记忆、显示和查询等模块。除此之外，还应为系统增加多种保护传感器，设置微机控制装置、控制箱和操作台等设备。c)将变频调速装置与胶带运输机组成可控启动控制系统，在操作台上显示运行参数、电压、电流、速度和运行故障等信息。d)根据胶带运输机的运行情况，合理选择手动、自动和检修模式，通过控制方式确定运行模式，采用技术成熟的进口器件，以保证运行可靠性。

4技术目标与实施要点

实地考察开采现场，确定矿用隔爆型变频调速装置为BPBT-315/660型，并综合使用DKB1-340/660型矿用隔爆型滤波电抗器设备，以改变电流形式，保证频率的可调性，避免受电磁干扰。得电后变频调速装置准备就绪，启动后完成加速时间的设定，将变频调速装置输出频率由零增加至标准频率，保证电机的正常运转。电机停运时，应根据减速时间的设定标准，将变频调速装置输出频率由设定频率减小至零，当输出停机信号，变频装置电机停止运行，保证电机转速的有效调节。胶带运输机变频调速原理如图2所示。当前A煤矿南胶带巷三部胶带运输机均投入使用，软启动与软停止性能优良，尤其重载启停效果良好。改造后，设备并未发生故障，电机启动未被烧毁，检修方便，有效提升了检修效率与质量水平，具有良好的使用效果。

5实际应用效果

a)具备优越的软启动与软停止性能。变频调速装置的停车与启动时间、加减速度时间等均实现任意调节。为了保证启动平稳，增加S形加减速时间，降低胶带运输机启停时产生的冲击力。当胶带运输机装煤量减少时，变频调速系统可以根据负荷量调整电机运行速度和功率，保证运行的平稳性和可靠性。b)重载启动平稳进行。胶带运输机运行期间会出现立即停车问题，因此，应保证重载启动的合理性，为变频装置设定无速度传感器矢量控制模式。低频运转时，变频装置可以输出1.5～2.0倍的额定转矩。胶带运输机未运行时，采用直接启动模式，电流较小，功率无法带动电机启动，累计影响时间超过80h。改造后，胶带运输机未出现胶带故障问题，运行良好。c)实现自动调速，具备良好的节电效果。改造前、改造后，煤矿胶带运输机用电情况如表1、表2所示。通过比较胶带运输机改造前后电量消耗情况发现，改造后可以节省1.145×105kW•h/a的电量，节电幅度可以达到11%，节约14.06t标准煤。胶带运输机改造后，经过使用可知，每月可以节约0.95×104kW•h电量。根据0.65元/(kW•h)现行电费计算，全年可节约7.44×104元电费。d)保证工频转换效果。运行期间，如果胶带运输机发生故障，可以使用工频旁路模式，保证变频设备的检修与维护效果，确保胶带运输机的稳定运行。同时，启动后也可以将变频设备转换至工频状态，在保证系统运行安全的基础上延长电解电容的使用寿命[2]。e)系统维护量较小，整合度较高，配件节约效果显著，降低了故障发生率。合作厂家技术娴熟，设备零部件由国际知名厂商提供，质量水平较高，投入后可以明显降低故障发生率，在降低维护成本的基础上，减少了维护时间。比较配件投入前后的情况，以往胶带运输机电控使用成本可达2.0×105元，增加变频调速装置后，需要经常更换继电器等零部件，且易耗配件损失量较小，每月大约可节省1.0×105元，增加了企业的经营收益。

6结语

在煤矿开采过程中，胶带运输机故障较多，企业可以根据变频改造工作自动调整输出力矩和输出频率，改变负载变化情况，改变恒速运行工频，最大程度节约能源，降低维修成本。实践表明，相较其他控制系统，改造后的变频系统具备更强的技术先进性和优越性，可以为煤矿企业创造更好的经济效益，在创建环保节约型社会方面也做出了突出贡献。

参考文献：

［1］崔忠义.胶带运输机的构造与节能分析研究［J］.煤炭与化工，2018(8)：88-90.

［2］仇文阳.基于PLC控制的运输机节能技术［J］.机械管理开发，2018(1)：116-117.

作者：李锐锋 单位：山西西山晋兴能源有限责任公司