浅谈基于变频器应用的井下带式输送机优化

摘要：把变频器运用到带式输送机运行系统中，不但可以使其对机械、电网和设备的冲击减轻，而且能够通过变频调速、恒转矩启动来减轻胶带启动和停止时候的运输负担，同时胶带正常运转时能够按照实际需求来自动对频率和运转速度进行调节，节能效果较好。

关键词：变频器；带式输送机；问题；节能；效果

现在，我国变频器在煤矿井下大功率电气中应用不多，但是随着矿井和井下工作面的不断发展，大功率电气设备将会被越来越多的应用，特别是节能好、运距长和运量大的电气设备，因此，充分确保大功率电气设备运行势在必行。本文主要研究了煤矿井下主煤流胶带运输系统加装变频器设备，其优势较为显著，既实现了经济和社会效益双赢，同时也使系统所受的机械和电网冲击减小，所以，值得在其他领域和系统中进行推广应用。

一、当前煤矿井下带式输送机所遇问题

软启动开关和电机与减速机中间加设液力耦合器是现在煤矿井下带式输送机的两种启动方式，前者可以把启动电流控制在电动机额定电流的三至四倍，但是由于矿井规模扩大，软启动的方式已经落伍，而且这两种的启动方式都不能实现设备的软启动和软停止。在硬启动和停止时，不但胶带机的电机驱动部分会受到冲击，且电机机械部分也会受到冲击。受到胶带储存的能量释放出来缘故，使得胶带承受不住过大的张力而被撕裂或者是撕断，基于此，煤矿井下带式输送机中引入了变频调速。

二、变频调速器优势

第一，运行方式对电网影响不大。启动时间长了，电流变为额定电流的1.2至1.5倍，转矩变为额定转矩的70%-120%，能够带全负荷启动，电流的减小使得对电网电压波动也减小。

第二，完成了恒转矩启动。机械和电机驱动部分的冲击减少，胶带启动平稳，防止了胶带张力剧变，使胶带使用期限延长。

第三，对胶带强度要求降低。引入变频器的带式输送机能够对其启动时间进行调整，对胶带要求没之前高。

第四，电控系统多种操作方式并行。该系统功能较多，自动、半自动、变频切换、手动控制、就近操作和远距离操作等。

第五，控制系统配置高。该系统控制是通过S7-300可编程控制器，同时配以CP343-1型以太网模块，配置了测控组态软件，界面人性化，能够完成数据的实时显示。另外，可编程控制器预留的I/O余量大于15%，而且配备以太网。

第六，有良好的保护功能以及检测系统。如果有故障或是停车，系统能够自动显示故障位置和类型，方便查找和维修。

三、变频器应用和节能原理分析

（一）应用

某矿初期设计生产能力为250万t/a，服务50年。该矿東翼胶带大巷装了一部胶带机，运输能力为1200t/h，运距为1800米，巷道上山倾角平均3°；西翼也安装了一部胶带机，运输能力为1200t/h，运距为900米；这两部胶带机的变频软启动器型号都是QJR1-250 /1140BP，具体参数：输入电压1140（660）VAC；输入频率50HZ；输出频率范围0-60HZ，其外形是双开门，大于280kw，冷却通过水冷加风扇。具体见图1。

（二）原理

第一，工作原理。变频器采用的是交-直-交的电路方式，通过电力半导体器件通断作用，然后把工频交流电利用整流器转换成直流电源，最后再把直流电转换成交流电给电动机，此时的交流电频率和电压都可控，进而完成电机变频调速。具体见图2。

第二，节能原理。（1）变频节能。考虑生产的可靠性，机械设计配用动力驱动之初留有富余量。电机满负荷下不能运行，而满足动力驱动要求外的多余力矩使得有功功率消耗增加， 就会导致浪费电能，如果压力偏高，可以使电机运行速度降低，确保恒压且节能。当电机转速由N1变至N2时，电机轴功率P变化如公式所示：P2/P1 = （ N2 /N1）3，通过公式可知，电机转速降低节能效果呈立方级变化。（2）动态调整节能。对负载变动适应，提供最大效率电压，在变频调速软件上设有每秒5000千的测控输出功能，确保电机输出高效率运行。（3）变频自身的V /F节电。当电机输出力矩一定时，能够调节V /F曲线，使输出力矩减少，输入电流降低，以此节能。（4）自带软启动节能。当电机全压启动，会从电网吸收大量电机额定电流，这不仅浪费电流，而且也损害电网的电压波动，线损和变损都增加；但是采用软启动就可以避免上述情况发生。（5）提高功率因数节能。电动机由于定子和转子绕组通过电磁作用产生力矩，绕组具有感抗作用，阻抗为感性，电机运转时吸收较多无功功率，使得功率因数很低，而变频节能调速器的应用可以令其性能变为AC—DC—AC，经过整流滤波负载发生特性的改变。变频调速器对电网阻抗特性呈阻性，因此，使得功率因素较高，无功损耗减少。

四、运行效果

第一，节能。虽然液力耦合器前期投资少，但是变频调速整体优势要大于液力耦合器，节能方面，胶带总电机功率为1420KW，应用变频器后效果良好，之前月均用电量318790kWh，之后月均用电量261510kWh，对应节约电费34367元，全年节约电费41.24万元。

第二，胶带的使用寿命得到延长，能延长两年，大概节约16万元。

五、结语

当前煤矿规模不断扩大，大功率、高效能的电气设备也逐渐增多，变频器应运而生，而且应用越来越广泛，其不但具有电制动、正反转切换、大负载启动、节能效果较好等优点，而且易控制、无电力污染、功能可调，值得在其它工业生产领域推广应用。

作者简介：常旭（1992.10—），男，汉，籍贯：河南.巩义，毕业于河南理工大学，本科。endprint