变频调速技术在煤矿刮板输送机中的应用

郭建山

（山西阳泉煤业集团三矿机电工区，山西 阳泉 045000）

引言

变频调速技术的基本原理是以电机转速与工作电源的输入频率之间的正比例关系为依据，通过变更电动机的工作电源频率，实现对电机转速进行改变的目的［1］。在煤矿生产中，刮板传送机在启动和运行过程中，会受到动态张力以及静阻力的影响而使得输送机的传送带产生滑动，增加传送带的相对摩擦力和热量，降低输送机运行的安全性。相关实践研究表明，将变频调速技术引入到煤矿刮板输送机当中，可以在保证输送机安全运行的前提下，有效延长输送机寿命并降低设备的维修量。

1 变频调速技术

所谓变频调速技术是相对于交流电机而言的，是一种通过改变交流电机中的电频率对系统调速的技术。变频调速技术是一项综合性的技术，不仅包括了计算机网络技术和电机传动技术，还包括了同电力、电子有关的多项技术，在借助电力半导体通断作用的基础上，将工频电源进行转化，使其成为具有另一种频率的电能控制装置。而在交流电机运转的驱动电源方面，则是由整流桥对工频电压进行变更后得到的直流电源经逆变器转化为可调的交流电压来实现的。由于在此过程中，并无转差损耗发生，因此，这种有效而快捷的调速方式使电动机可以较为方便地获取无级调速的电流和电压。当存在电力危机时，变频调速技术在利用电机负载变化规律的基础上，通过改变交流电源的频率实现对电机速度进行调节的目的，进而使交流电机可以平滑地进行增速或是减速，有效提高了系统的工作效率［2］。

2 刮板输送机的传动系统及组成

2.1 输送机的传动系统

输送机的传动系统是由双速电动机通过摩擦限矩器将动力传递给减速器输入轴；再由减速器输出轴传递给链轮组件；链轮驱动封闭的刮板链按设定的方向运行，完成输送煤炭的任务。

2.2 输送机的组成

输送机主要由机头传动部、机尾传动部、中部槽、变线槽、刮板链、机头马达液压控制系统（10YK）、机尾伸缩液压控制系统（13YK）、机尾伸缩限位装置及操纵阀和工具等组成。

3 煤矿刮板输送机及其变频调速的特点

3.1 输送机特点

当刮板输送机以不同的低速扭矩进行运转时，输送机本身并不会发生任何的速度变化，而煤矿生产时的运输工作，特别是材料的运输，虽然在相应的范围内负载电阻是可以发生扭矩变化的，但对于刮板输送机而言，其所具有的均匀性和稳定性并不会发生改变。此外，在煤矿生产过程中，输送带的速度是保持不变的。刮板输送机处于运输状态时，输送模式主要有两种，分别为零功率与电源以及近似零功率与负电源，故系统可保持在长期低速运行的状态下输送长至数十公里的材料，这也是刮板输送机自身复杂性的根本原因。输送机中的变频驱动系统，具有高速以及长期低速运行的特点，通过将事先规定好的传送速度信息进行反馈，进而实现对扭矩的自动调节及控制。此外，刮板输送机的另一特点为，通过以实际运输过程中所引入的测量张力为依据，进而提高煤矿运输的稳定性和安全性［3－5］。

3.2 变频调速特点

变频调速技术的主要功能就是使自身的软启动与刮板输送机同多个电动机运行产生的功率保持平衡。通过借助变频器的软启动功能，使得输送机电机同软启动进行有机结合［6］。当对电机进行驱动时，位于刮板输送机中的多个变频器利用功率平衡的调节软件促使电机的输出功率保持在一个相对稳定的水平，在降低输送机启动张力的同时，也有利于发现运输过程中各类机械的问题。此外，变频机在煤矿输送机中的应用也起到了较好的降低设备维修率的作用。变频器是各种电子器件的合成，且运行寿命在很大程度上取决于内部电子。由于变频器的软启动直接决定了输送机软启动的实现，使得刮板输送机可以在相对平滑的环境中进行启动，在降低设备检修率的同时，有效节省了设备的维护成本。

4 煤矿刮板输送机中变频调速技术的应用

煤矿刮板输送机内部结构极为复杂，无论是在启动、运输还是在制动时，均具有较大的重载高速与动态张力，故极容易产生输送带滑落的现象，而输送带在滑落过程中产生的磨损和散发出的热量将使得输送带与辊之间的黏附系数降低，从而对输送机的启动与运行产生阻碍［7］。强行启动运输，不但会降低输送带的安全系数与负载装置的附加位移，而且使得刮板传送机整体受到了严重磨损。因此，需要引入变频调速技术对刮板输送机的启动、运行进行调整。

通常，刮板输送机对变频器的选择是在已经确定好异步电机后，以额定电流与电机实际的运行情况为依据对输送机电机的频率进行变更。首先，该项技术的初级应用阶段。当刮板输送机启动时，经由静阻力转变而来的动阻力促使传送带产生振动，进而使得传输截面中的动态张力持续上升并带动刮板输送机运动。因为在传输的启动过程中，刮板输送带所具有的张力实际上是初始张力的增加值，故在变频器的作用下产生的变频驱动将动力传送带中所输入的切入点进行返回。其次，由启动过程转变为额定转速过程的运输阶段。因在刮板输送带开始运行时，系统内的交流电机产生较大的动态张力，且各处的静阻力也不尽相同，进而使得煤矿刮板传送机处于不稳定的运行状态。此时，变频器通过改变电机工作电源的频率，使其内部的滤波电容发挥作用，通过降低静阻力以及过大张力产生的无功损耗，达到提高输送机功率的目的。最后，是变频调速技术的控制阶段。当电机开始驱动刮板输送机运转后，变频调速装置改变供电电压的频率，进而改变输送机的启动转速，根据变频器事先设定的时间范围，促使刮板输送机的速度更加平稳的递增，在增加了输送机电机寿命的同时，有效降低了煤矿刮板输送机的检修量［8］。

5 结语

以变频调速技术在煤矿刮板输送机中的应用作为研究对象，通过对变频调速技术的概念及相关原理进行分析，结合煤矿刮板输送机以及变频调速的技术特点，分别从刮板输送机的启动阶段、运行阶段以及变频调速阶段对变频调速技术在刮板传送机中的应用进行说明。结果表明，在煤矿刮板输送机启动和运行的过程中引入变频调速技术，可以有效增加输送机的寿命并降低设备的检修量。由此可见，未来加强对变频调速技术在煤矿刮板输送机中的应用力度，对于促进煤矿产业的发展具有重要意义。

［1］ 白文科.我国输送带行业技术现状及展望［J］.辽宁化工，2004（3）：173－176.

［2］ 杨增越，米春荣.变频调速在带式输送机上的应用［J］.机械管理开发，2010（1）：89－92.

［3］ 高恒超，夏炎.波状档边带式输送机发展简介［J］.起重运输机械，1998（6）：3－6.

［4］ 宋伟刚，王丹，陈霖，等.波状档边带式输送机发展［J］.煤矿机械，2004（2）：1－4.

［5］ 杨书卿.输送带工业产品的现状及发展［J］.河北化工，1999（1）：39－41.

［6］ 王占奎.变频调速技术的发展与应用［G］.北京：中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集，2002（11）：49－50.

［7］ 邱雷明，刘智军.交流变频调速装置及应用［J］.莱阳农学院学报，2005（1）：67－69.

［8］ 马秀双.浅谈变频调速技术在矿井提升机改造中的应用［J］.黑龙江科技信息，2007（9）：56－57.