矿用皮带机变频电控系统在煤矿的应用

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摘要：随着现代国内外变频调速技术的不断成熟和提高，变频器在我国矿山机电设备中得到越来越广泛的应用。我矿的上仓强力皮带输送机原采用工频拖动，液力偶合器传动，存在传动效率低、启动电流冲击及机械冲击大等问题，造成了系统运行不经济；皮带和液力偶合器磨损严重，维修及维护成本高；由于是多电机驱动，很难做到多电机驱动功率平衡。因此对皮带运输机采用变频控制，能有效降低企业生产成本，提高企业经济效益；控制系统本身良好的控制性能和完善的保护环节，能有效避免事故的发生和延长皮带机的使用寿命。本文简要介绍了煤矿强力皮带输送机的变频控制改造及使用情况。 

关键词：变频器 皮带输送机 软启动 节能  中图分类号：te08文献标识码：a 文章编号：  皮带机担负着全矿的煤炭运输任务，运输量大，运行时间长，皮带机的安全运行直接影响矿井生产任务能否顺利完成。该皮带机原传动方式为液力偶合器配合行星减速机使用，启动电流大，启动时对机械部分磨损严重甚至损坏，且皮带加载时间短，容易引起皮带张力变化，影响皮带寿命，由于是多电机驱动，很难做到多电机驱动功率平衡[1]。我矿对该皮带进行了技术改造。改用变频控制。通过运行使用，运行安全稳定可靠，产生了较好的经济效益。  1 原控制方式及使用情况  该皮带机为dx3型，带宽b=1000mm，带速v＝2.5ｍ/ｓ；设计运输能力:700t/h；配用电机型号yb355m2-4，功率：3×250kw,电压660v；巷道倾角0～7°；输送带长度890ｍ。通过液力偶合器偶合减速机来驱动主副滚筒，然后通过滚筒与皮带间的摩擦力来带动皮带运行。初期投入虽然不高，但维护费用较大。另外因设备处于回风巷内，液力偶合器维护不好常常漏油，存在很大的安全隐患。  2 改造方案  将原控制方式改为变频电控方式，采用3台高性能矢量控制型变频器控制3台电动机，构成主从驱动系统，通过各类传感器采集设备的运行状态信息，配合控制系统完成所有的工艺控制和保护功能。  2.1 控制系统  本系统由主控台、变频柜、电源柜和制动柜组成，安放于控制室内。该主控台采用技术先进、性能可靠的可编程控制器，配以多种检测、控制组件完成输送机运行过程中应有的设备闭锁控制、速度闭环控制、各种安全保护和工作状态显示。司机可操作控制台上的操作按钮来控制皮带输送机的运行，并通过指示灯、人机界面了解输送机的运行状态及运行参数。通过操作面板和触摸屏的操作，可对控制方式和运行状态进行设定，监视输送机的运行状态和运行参数的设置[2]。  2.2 系统特点  2.2.1 本电控装置可以任意设定皮带的起动时间和运行速度，在很大程度上避免了直接起动给设备带来的机械冲击。  2.2.2 任意的速度调节给检修、更换皮带等带来了很大的方便，同时结合现场的煤量情况可以降频使用，节能效果非常明显。  2.2.3 主控台通过实时检测输送机的速度，控制输送机在零速时制动器动作，自动抱闸，避免了输送机的溜车和变频器、电机过流。  2.2.4 采用变频器完成电机的启动调速，可实现带式输送机的平稳启动和调速要求外，在长时间低速运行（如验绳、验带）状态下，具有明显的节能效果。  2.2.5 系统具备全面的故障监测、可靠的故障报警保护功能。具有过电压、过电流、欠电压、短路、接地、过热等多种保护功能。  2.2.6 具备低速验带功能。验带速度为0.2米/秒～ve额定速度可调[3]。  3 改造后的运行情况  3.1 真正实现了皮带运输机系统的软起动  运用变频器对皮带运输机进行驱动，运用变频器的软起动功能，将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一，通过电机的慢速起动，带动皮带机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害[4]。  3.2 实现皮带机多电机驱动时的功率平衡  应用变频器对皮带机进行驱动时，采用主从控制，实现功率平衡。  3.3 降低设备的维护量  变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。相应的降低了维修费用。  3.4 方便皮带检修  采用变频调速后，可将皮带机运行速度降到很慢，解决了以前由于皮带机运行速度过快而难于检修皮带的问题，提高了皮带的检修效率。  3.5 节约能源  采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.9以上，大大节省了无功功率。采用变频器驱动之后，电机与减速器之间是直接硬联接，中间减少了液力偶合器这个环节。因而采用变频器驱动后，系统总的传递效率可提高5%～10%。在变频运行中，在运煤量不大的下或空载的情况下，可将皮带机的运行速度降低，也可节约一部分电量。  4 经济效益  4.1 节约电能  皮带机电机功率为3×250kw，平均每天运行12h左右.原设计采用直接起动，起动后电机全速运行，而井下煤仓下煤量达不到皮带运输机的运输能力，故皮带上煤量不足，这样很不经济，浪费电能。使用变频器对拖动电机进行变频调速后，皮带运输机按实际需要功率出力，把变频器输出频率设为39hz～40hz，电机转速比工频速度适当降低，就可以使皮带运行速度与井下煤仓下煤量相匹配，同时降低了运行电压和电流，减小电能消耗。据矿井统计，变频调速运行比直接工频运行可节约电能10％～15％。  4.2 节省维修费用  原设计采用电机直接起动，不能调速，起动过程对电网、电机和传动机械设备冲击较大，加剧了机械设备的磨损，缩短了设备使用寿命，同时也缩短了设备维修周期，增加了停产检修次数。直接起动也造成控制设备如真空接触器、开关等的频繁更换，这都增加了维修费用，停产检修也造成煤炭产量的损失。而采用变频器后，可以实现皮带运输机软启动，对电网和机械传动设备基本无冲击，大大延长设备使用寿命。自2008年10月投运至今近两年，一直稳定运行，除正常清洁维护外，没有发生停产检修故障，这无疑节约了维修成本又保证生产不受损失。  4.3 有效减少人力资源、降低了设备的维护量  变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。同时，利用变频器的软起动功能实现带式输送机的软起动，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机系统机械部份的检修量。除正常清洁维护，没有大量的维修工作，故不必配备许多设备维修人员。变频器操作简单方便，运行稳定可靠，每班只需1人值班操作即可，节约了人力资源，相应也提高了生产效率[5]。  5 结束语  防爆变频调速装置投入运行后，我矿整个上仓强力输送机系统及驱动电机的事故明显下降，既延长了整个胶带输送机系统的使用寿命，同时又保证了正常生产和生产安全，经济效益和社会效益明显。  参考文献:  [1]郭永存.头部双滚筒分别驱动胶带输送机电机功率配比的研究[j].煤矿机械.1995年03期.  [2]韩安荣.通用变频器及其应用技术[m].北京:机械工业出版社.2000.  [3]吴耀伟.皮带机软启动装置plc控制方法[j].《科技资讯》.2011年04期.  [4]魏蕾.基于plc及变频调速器的多电机控制研究[d].大连交通大学.2010年.  [5]李良仁.变频调速技术与应用[m].电子工业出版社.2004.  注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。