成永剛

[摘 要]煤礦企業(yè)逐漸向大型化千萬噸礦井發(fā)展，膠帶機運輸系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中起著關(guān)鍵性作用，膠帶機控制系統(tǒng)是否優(yōu)越、可靠，從某種意義上說，決定了一個煤礦的生產(chǎn)能力大小和自動化程度的高低。該文就變頻技術(shù)在煤礦井下膠帶運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了具體的分析。

[關(guān)鍵詞]變頻技術(shù) 井下膠帶運輸系統(tǒng) 應(yīng)用

中圖分類號：TM921.51 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）11-0262-01

隨著國家工業(yè)化進程的加快，煤礦、電力、石油等能源需求量在不斷增加，尤其是煤礦大量應(yīng)用于發(fā)電等場合，越來越多的企業(yè)投入到煤礦開采中，因而現(xiàn)階段煤炭資源已趨于飽和。為降低煤礦開采的成本，減輕煤礦企業(yè)運營負擔(dān)，當(dāng)前煤礦企業(yè)多采用膠帶輸送機運輸，并引進變頻技術(shù)改善其運行速度，從而實現(xiàn)高效、節(jié)能。

1 井下變頻技術(shù)

制約變頻技術(shù)在煤礦井下廣泛應(yīng)用的主要原因是防爆和散熱之間的矛盾。作為變頻器的主要逆變模塊IGBT是發(fā)熱最多的器件，據(jù)專家計算：逆變模塊約占整個變頻器所有散熱量的70%；整流模塊發(fā)熱占整個變頻器的25%；剩余的其他5%發(fā)熱元件所產(chǎn)生的熱量僅為5%。目前，在散熱技術(shù)方面，開始采用國外高效能熱管散熱技術(shù)，其極低熱阻的高效散熱性能，優(yōu)越的雙面散熱形式使主要散熱得到解決，最大散熱能力達到500kW/1140V變頻器的散熱需要。采用熱管直冷式散熱技術(shù)的隔爆變頻器便于移動，導(dǎo)熱率達到95%以上。這樣對防爆體不需要外加通風(fēng)裝置或外接循環(huán)水，便解決了防爆與散熱之間的矛盾。為了適應(yīng)井下電網(wǎng)的中性點不接地系統(tǒng)，采用特殊的中性點不接地吸收結(jié)構(gòu)，同時采用正負母線密貼的低電感母線技術(shù)，增強直流側(cè)的吸收能力，抑制逆變器高速開關(guān)形成的疊加電壓。

針對煤礦井下的特殊環(huán)境，變頻器除了在箱體結(jié)構(gòu)方面采取了相應(yīng)的防潮、防滴水措施外，在主回路方面加大了爬電距離與電氣間隙，在控制回路方面，所有的控制板均采取了特殊的防潮措施。變頻調(diào)速裝置采用元速度傳感器的矢量控制方式，實現(xiàn)精確的磁場定向矢量控制。元速度傳感器的矢量控制的基本控制思路，是根據(jù)輸入的電動機參數(shù)，按照一定的關(guān)系式分別對基本控制量的勵磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流進行檢測，并通過控制電動機定子繞組電壓的頻率使勵磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流的指令值與檢測值達到一致，從而實現(xiàn)矢量控制。采用無速度傳感器矢量控制方式的變頻器不僅在調(diào)速范圍上與直流電動機相匹配，而且還可以控制異步電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，以保證在低頻運行時輸出額定轉(zhuǎn)矩。

2 膠帶輸送機在煤礦中的性能要求

在煤礦運輸系統(tǒng)中使用的多為鋼絲繩芯帶式膠帶輸送機，其可進行長距離傳輸，且具有承載和牽引雙功能，可簡化煤礦的運輸系統(tǒng)，并保證傳輸效率。然而鋼絲繩芯帶式膠帶輸送機在運行時，其對牽引力、驅(qū)動速度等方面有較高的要求，除滿足普通用帶式輸送機的軟啟動、功率平衡、重載啟動等技術(shù)要求外，對調(diào)速特性及負力制動方面也有嚴格要求，因而其運行可使用直流調(diào)速技術(shù)加以驅(qū)動。然而在實際使用中發(fā)現(xiàn)，直流電機及調(diào)速系統(tǒng)存在無法防爆等不足之處，因而當(dāng)前多利用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在膠帶輸送機的使用以改善上述問題。

2.1 功率平衡性要求

因鋼絲繩芯帶式輸送機適用于長距離運輸，其需使用多個交流變頻電機進行驅(qū)動，并在驅(qū)動滾筒與膠帶的摩擦力作用下實現(xiàn)整個膠帶輸送機的運行。若是功率不平衡，則可能引起電機負荷出現(xiàn)分配不均勻情況，因而會加劇驅(qū)動裝置的磨損程度，嚴重情況下可能會損壞電機，因此需嚴格控制膠帶輸送機的電機驅(qū)動功率平衡問題。

2.2 膠帶輸送機的無極調(diào)速要求

鋼絲繩芯帶式輸送機在煤礦生產(chǎn)中主要承載長距離運煤及驗繩等多種功能，在不同應(yīng)用場合下對輸送機中膠帶的運行速度有著不同的要求，并能保證運行速度的穩(wěn)定性，在進行速度調(diào)整時能平滑調(diào)速。

2.3 軟啟動及功率平衡重載啟動的要求

在上述中提到，因膠帶輸送機中的膠帶是彈性材料，因而能進行儲能，在膠帶輸送機工作啟動時，在未具備軟啟動功能的情況下，膠帶極有可能會因能量的釋放而發(fā)生滑動，進而影響其正常運行；另外輸送機在使用時，不可避免會發(fā)生帶載停車現(xiàn)象，因而要求其具備重載啟動的功能，以保障設(shè)備的正常工作。

2.4 驅(qū)動系統(tǒng)的制動性能

帶式膠帶輸送機在正常工作狀態(tài)下，電機的輸出轉(zhuǎn)矩與所帶的負載轉(zhuǎn)矩保持平衡，然而當(dāng)制動時，電機的動力矩突降為0，輸送機的減速加速度是比較大的，考慮到輸送機系統(tǒng)的慣性較大，減速沖擊對系統(tǒng)的各個設(shè)備的破壞是比較大的，并可能引起輸送機與運料間發(fā)生相對運動而發(fā)生事故，因而需對系統(tǒng)的制動加以優(yōu)化。

3 變頻調(diào)速在節(jié)能方面的作用

煤礦作為耗能型企業(yè)，每天需要消耗巨大的電能、水資源等。為響應(yīng)國家發(fā)改委提出的“節(jié)能減排”政策，補連塔煤礦正在努力轉(zhuǎn)型，礦內(nèi)將節(jié)約電能作為“節(jié)能減排”的首要任務(wù)。目前，變頻調(diào)速作為節(jié)約電能的一個重要手段。一方面，交流拖動負荷在總用電量中占有很大的比重，對這類負荷實現(xiàn)節(jié)能，可以獲得十分可觀的節(jié)電效益；另一方面，交流拖動本身又存在著很大的節(jié)電潛力。在許多交流拖動裝置中，交流電機及其所拖動的機械在選用時往往都留有一定的裕量，而且也不總是在最大負荷情況下運行；在輕載時，通過對電動機的速度控制改變某些工作機械的工況，就可達到節(jié)電的目的。在大容量、高電壓電動機驅(qū)動的運輸機、采煤機、膠帶機上推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)絕對可以達到節(jié)約電能的目的。理由很簡單，在節(jié)電率百分比相同的情況下裝機容量愈大，其絕對節(jié)電量也愈大。

4 變頻技術(shù)在綜采工作面運輸機上的應(yīng)用

綜采工作面刮板運輸機工作條件惡劣，存在停車的隨時性。刮板運輸機鏈條刮板運動的靜摩擦力很大，特別是刮板輸送機停機后，還有片幫煤給刮板運輸機加載產(chǎn)生“壓溜”，造成設(shè)備難啟動。井下又受到了電網(wǎng)容量的限制、空間限制、同時又處于爆炸性氣體與煤塵的環(huán)境中，使解決井下大型運輸設(shè)備的重載難啟動問題更加艱難。刮板輸送機的啟動控制有以下要求：

1）盡可能小的啟動電流，以減少對電網(wǎng)的沖擊、減少電機發(fā)熱和供電系統(tǒng)的影響。

2）由于刮板輸送機啟動初始為吸收間隙的空載運動，要求電機此時轉(zhuǎn)矩要小，速度要慢；由靜止轉(zhuǎn)為運動時，要求電動機有足夠大的轉(zhuǎn)矩來克服靜摩擦阻力，并且能有平穩(wěn)提升的起動轉(zhuǎn)矩和符合要求的機械特性曲線，逐步加速；克服靜摩擦后，負載會明顯減少，此時電機的力矩提升又相對變慢，這樣才可實現(xiàn)平穩(wěn)啟動。變頻啟動也是一種軟啟動，是交流異步電動機理想的啟動方式。它既具有軟啟動的特點。又可在電機正常運行時調(diào)整頻率。它把電力配電網(wǎng)50Hz恒定頻率的交流電變成可調(diào)頻率的交流電，供普通的交流異步電動機作電源用。由于變頻器采用電壓頻率按比例平滑上升的控制方式，能提供低頻起動轉(zhuǎn)矩，有利于電動機平穩(wěn)啟動，且可控制啟動速度，是一種真正的平滑軟啟動方式。同時它保持了電動機的硬機械特性。與其他啟動方式相比，啟動電流小而起動轉(zhuǎn)矩大，對設(shè)備無沖擊力矩，既不影響其他設(shè)備的運行，又有較理想的啟動特性。

利用變頻啟動的刮板機可以大大減小大功率電機的啟動電流，減輕對電網(wǎng)的沖擊，同時不產(chǎn)生較大的電壓降，可以提高電機的使用壽命。變頻啟動可以實現(xiàn)無級調(diào)速，可以使刮板鏈條張力平緩增大，減少刮板鏈條及其他附屬設(shè)備的磨損。大大地提高了設(shè)備的使用壽命。

5 結(jié)語

膠帶輸送機具備高電壓、大功率的特點，在煤炭運輸中發(fā)揮著重要作用，作為煤炭運輸系統(tǒng)中的喉嚨，膠帶輸送機非常關(guān)鍵，對保障煤炭運輸工作的正常進行起到關(guān)鍵的作用，在以往的運輸中，膠帶輸送機常常會處于空載或者輕載的情況下，這就耗費了大量電能，造成了資源浪費，變頻技術(shù)的應(yīng)用，保障了膠帶運輸機安全高效可靠運行。由于其優(yōu)越的軟起動、軟停止，減少了膠帶損傷，延長了膠帶運行壽命；在節(jié)能方面，實現(xiàn)了帶速隨負荷的變化而變化，避免了電能損耗。