变频驱动技术在煤矿带式输送机中的应用

仝志宏

山西焦煤屯兰矿， 山西 太原

山西焦煤屯兰矿井下南二强力胶带，全长1800米，运量1500吨∕小时，采用传统的400KW电机+油葫芦+减速器进行拖动，整部胶带由三台400KW异步电动机，通过油葫芦与减速器连接，再通过减速器输出轴来带动三个主动滚筒，靠主动滚筒与皮带间的摩擦力来保证胶带的正常运转。由于重载启动频繁，整机受到的冲击力较大，胶带各部件磨损损坏严重，特别是高压电机经常烧毁，不仅维护使用资金投入很大，而且影响了矿井的安全可靠运行。经技术论证，屯兰矿决定改进带式输送机控制方式，选用唐山开诚电器有限公司生产的ZJT-630/1140型变频器，成功地解决了频繁启停的井下带式输送机的启动问题。该项技术的应用。起到了节能增效，消除电气及机械冲击，延长设备使用寿命，减少设备维护量，特别是提高了重载启动时的起动转矩，具有很强的经济社会效益。

1 改进前南二强力胶带运行状况

该胶带在屯兰矿投产时就已经安装使用，刚开始由于胶带运输距离短（800米），产量也相对较少，直接启动的弊端不明显，后来随着矿井产量提升，运输任务增大，运输距离加大，胶带及其它机械电气部件损坏明显加大，主要表现在这几个方面：①驱动滚筒及导向滚筒轴承磨损加剧，包胶层脱落严重；②托辊损坏量加大；③皮带架经常拉坏；④耦合器故障率加大；⑤减速器发热、轴承及传动轴损坏加剧；⑥高压电动机寿命缩短经常烧毁。更为严重的是重载启动时胶带打滑发热冒烟、甚至可能出现断带酿成严重事故，制约生产的因素明显增多，胶带电控改造势在必行。

2 现场条件及变频设备选型

2.1 现场条件

1)拖动形式：南二强力胶带输送机机头三个驱动电机

2)电机功率：3×500kW

3)电压：电机供电电压从6千伏降至1140伏

4)运输长度：1800米

5)皮带宽度：1.2米

6)倾 角：上运平均90

7)运 量：1500T/h

8)蛇簧联轴器代替原有耦合器

2.2 变频器技术参数和要求

1)额定电压：AC1140V，50Hz

2)电压允许波动范围: -15% ～ +10%

3)输出频率: 0～50Hz

4)额定功率:630kW

5)过载能力为 1.5倍额定电流一分钟。

6)电机起停机时间0～500S连续可调。

7)采用无速度传感器的矢量控制方式。

8)具有过/欠压、过电流、过载、过热、缺相等保护，设有故障记忆功能，能保留最近10次故障的功能号码和最后一次故障的参数。

9)低频运转时，有自动转矩提升功能，能保证100%的额定转矩。

10)变频器具有良好的互换性，任何1台有故障不影响其他设备的正常运行。

11).具有自动功率平衡功能，具有工频应急系统（即故障时必须有旁路应急运行）。

经过相关部门的选型论证确定选用唐山开诚电器有限公司生产的ZJT-630/1140型变频器。

3 胶带变频驱动技术的优势

3.1 屯兰矿传统电机+油葫芦+减速器联合拖动的弊端

1）启动时电机必须全频、全压启动，这种启动方式启动电流大，启动力矩小，机械振动大，使胶带各部件受冲击力大而加剧损坏。

2）大功率电机直接启动，启动电流太大，电网压降大，对电网影响较大，另为带式输送机运行时，消耗的额外功率太大，不利于节省电能。

3）油葫芦存在机械磨损和内部叶轮容易损坏、接合面漏油现象，有时两三个月就需要更换，更换时必须停产，煤矿效益影响较大。

4）油葫芦不能解决机械运转同轴度与三台电机的功率平衡关系，缩短电机、减速器等机械件的寿命。

3.2 屯兰矿主井胶带CST传动的弊端

1）价格贵，初期投资大，备品备件成本较高。

2）必须采用专用油，且油价昂贵，维护难度及成本相对较高；且更换油时需停车，影响生产。

3）通过调节油膜间距，实现软启动，不能实现过程控制。其高位调节片不能长时间离开高位置，发热较严重

4）CST基本没有节能功效，达不到节能效果。

5）由于机械原因，使用时间长，间隙增大，便发生漏油现象，污染使用环境。

6）CST靠机械连接在电机和皮带之间，稳定性较差，一旦CST故障，整个系统都要停止，没有办法跨过CST运行，故障率较高。

3.3 屯兰矿南二强力胶带变频驱动技术的优势

1）真正实现了胶带输送机运行的软启动。应用变频器的变频功能，改善了胶带的启动过程，驱动电机在变频器的控制下，从零速起步缓慢启动，相应的胶带机也缓慢运转，使胶带机在启动运行过程中产生的冲击波极小，有效地保护了皮带不受损害。

2）应用变频器对皮带机进行驱动时，一般采用一拖一控制，当多电机驱动时，通过通讯方式，实现主从联动，达到多台电机的功率平衡。

3）降低了胶带机的日常检修维护量。变频器是电控设施，它不同于机械元件，寿命长且易维护，有效降低整个胶带运输系统的维护量。特别是利用了变频器的变频启动功能，启动过程中对电机、减速器、机架、皮带等部件冲击力极小，这样整部胶带机机械件的寿命大大延长，胶带的日常维检量也小得多。

4）通过电流与速度闭环，实现系统双闭环控制；启动平稳，启动转矩大，不存在冲击电流的影响。

5）在胶带机上采用变频技术后的节能效果主要体现在系统功率因数和系统效率两个方面。采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.95以上，大大节省了无功功率，系统总的传递效率要比液力耦合器驱动的效率要高5%～10%。

6）基本无故障，实现免维护。

7）设备主要为模块化的电子元器件，备品备件充足，更换方便。

8）完善的保护功能 ,具有电机过载、电机过流、电机缺相、电机堵转、过压、欠压、短路、温度等保护功能。

4 变频驱动装置的日常维护保养

4.1 除日常检查外尚需定期（最多6个月）检查紧固件是否松动、是否有过热痕迹、是否有放电现象、灰尘是否太多、风道是否堵塞、电解电容表面有无异常、导线导电排有否松动及线柱螺栓或螺钉有否松动。

4.2 在检查时，不可无故拆卸或摇动器件，更不能随意拔掉接插件，否则将不能正常运行或进入故障显示状态及导致元器件的故障甚至主开关器件IGBT模块损坏。

4.3 为保证变频器可靠运行，除定期保养、维护外，应对机内长期承受机械磨损的器件——所有冷却用的风扇和用于能量缓存与交换的主回路滤波电容器以及印刷电路板等进行定期更换。一般连续使用时，风扇2～3年，滤波电容器5～6年，印刷电路板6～8年应该进行更换。

5 结束语

实践证明，采用变频驱动技术控制胶带输送机具有可靠性高、节能高效，消除电气及机械冲击，延长设备使用寿命，减少设备维护量，具有很强的经济社会效益，非常值得推广使用。

[1]王兆义等编著. 变频器应用 [专著]:专业技能入门与精通 .机械工业出版社,2010

[2]罗克韦尔自动化动力系统（上海）有限公司.CST用户手册