变频器在煤矿皮带机上的应用

崔志强　张致至　初静　葛彬

摘 要：经济高速发展离不开能源供应，当前，我国能源依然是以煤炭为主，但传统的挖掘作业已经无法满足现代化建设需求，只有不断提高作业效率，才能更好地服务经济、服务社会。在煤炭生产过程中，机械应用越来越广泛，大大提升了煤炭生产效率。高压变频器能够全面提高煤矿皮带机无级平滑调速，同时也能够从根本上节省皮带机磨损，确保煤炭生产企业成本管理更加科学。文章主要通过对煤矿皮带机控制要求进行分析，进一步提出了在实际煤炭生产中高压变频器应用最新方案，以此，实现对电机速度的调节，确保灵活、高效、安全，降低煤矿皮带机能耗。

关键词：高压变频器；煤矿皮带机；调速；节能

中图分类号：TM921.51 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）04-0133-02

Abstract： The rapid development of economy can not do without energy supply. At present， coal is still the main source of energy in our country， but the traditional mining operation can not meet the needs of modernization construction， only to continuously improve the efficiency of the operation， in order to better serve the economy and society. In the process of coal production， machinery is used more and more widely， which greatly improves the efficiency of coal production. High voltage frequency converter can improve the stepless and smooth speed regulation of coal belt machine in an all-round way； at the same time， it can save the wear of belt machine fundamentally， and ensure the cost management of coal production enterprise to be more scientific. Through the analysis of the control requirements of the belt belt machine in coal mine， the paper further puts forward the latest scheme of application of the high voltage frequency converter in the actual coal production， so as to realize the regulation of the speed of the motor， ensure flexibility， efficiency as well as safety， and reduce energy consumption of coal belt machines.

Keywords： high voltage converter； coal belt machine； speed regulation； energy saving

引言

只有不断提高煤炭生产效率，才能实现良好的经济收益，为企业后续发展提供良好保障。当前，煤炭生产中应用最为广泛的是皮带机，通过高效传输确保煤矿生产速度与质量，在煤炭生产中，会有许多的煤矿斜井，为了确保煤炭提升，需要使用高效的传输设备进行传输与提升，那么皮带传输方式则有效解决了这个环节，满足了煤炭生产基本需求，煤炭企业生产能力好坏体现在技术应用上，而生产能力又与企业利润直接关联，只有全面提高生产能力，保证生产安全，才能生产出大量的原煤，保证市场总需求。煤矿生产数量和效益好坏受皮带机运输能力和运输效率的影响较大，只有全面做好传输管理与控制，才能提高总量，实现企业利润价值。煤矿生产依然较为传统，特别是在皮带传输方面，还没有突破性进展与改良，影响了煤炭的生产速度与效率，当前，我国传输过程中依然使用的是串级调速模式，这种生产模式较为传统，只能满足于一般的基本调速要求，确保煤炭能够传送，可在实际操作中，由于操作不当、设备原因等往往會出现生产安全事故，其可靠性不高、运行时间长、能耗水平高、功率不足等缺点显现出来，达不到整体生产设计要求。只有全面创新研发节能减排、绿色环保的皮带机控制系统，才能全面发挥皮带机的优越性，实现生产自动化。随着技术不断进步，先进技术得到良好推广，自动控制技术、高压变频控制技术也在实际中得到广泛使用，全面提升了煤炭生产效率，通过技术的完善，目前，已经进入成熟期，在各大煤炭生产单位实现了规模化应用，可以说，随着经验的增加、技术的完善，自动控制技术、高压变频控制技术将会是未来煤矿生产中不少重要设备，更是提升皮带机工作效能的必然选择。高压变频器工作原理并不复杂，通过良好应用，不仅能实现煤矿皮带机无级平滑调速，更能够从根本上提高皮带机运行效率，节省传输成本，减少能源消耗，体现更加优越的经济性。

1 变频器概述

技术的发明与进步，实现了生产的自动控制，当前，变频器的使用较普遍，在煤炭生产中也已经使用了性能更加稳定的变频器，变频器主要是通过对微电子技术和变频技术的整合，合理调节电机工作电源频率，使交流电动机电力得到有效控制的新型应用设备，以此全面调节作业速度，控制作业流程，使煤炭产量更加稳定。变频器的工作原理并不复杂，主要是增加了调节功能，其部件构成主要是滤波、整流、再整流、驱动部件、制动部件、检测部件及微处理部件等，不同的部件有不同的功能作用，满足变频需要。其工作原理主要是通过改变电源频率大小，科学有效调节电源电压，使电压更能满足实际生产需要，为实际操作提供更加稳定安全的电源电压，对电源做好自动监测，对过载、过流进行良好保护，体现保护功能， 最终实现调速和节能的根本目标。endprint

变频器有多种形式，根据直流电源性质一般有电流型变频器和电压型变频器两种，两种变频器的功能不一致，需要根据实际情况选择使用，发挥变频器主体功能。电流型变频器能够有效保证电流稳定，通过中间直流环节做到设备储能，时刻调节电压大小，有效扼制电流起伏变化，使电压数值更加接近正弦波，这种变频器主要是在负载电流变化大的工作场所选用，能够发挥其最大功效；电压型变频器在中间直流环节使用大电容作为储能环节，使负载无功功率得到有效的缓解，使通过的电压更加稳定，确保传输设备安全，这种变频在负载电压变化较大的场所应用较多，能够发挥其最大功效，确保设备运行安全。

2 变频电控系统分析

2.1 主控中心功能

PLC是英文Programmable Logic Controller的缩写，意思是可编程逻辑控制器，PLC是主控中心最为重要的核心控制器部件，其主要功能是能够对现有的信息进行综合处理，是一个承担着枢纽功能的部件，通过运行能够高效快捷的对系统控制工艺做全盘处理和分析，使系统运行更加稳定安全，同时，也能为系统安全提供必要的保护，稳定的运行格局。通过对主控中心的监测，能够对各种工况信息和数据一目了然的进行监测，外部彩色显示器能够全面精准的显示各数据运行变化，实时做出必要的调整，我们可以通过观察，全面分析出数据变化形成的动向，搜索相关的运行数据，这样，皮带输送机静态参数、动态参数、运行趋势等就能够更加清晰明确，便于高效指挥与调整，进一步发挥传输机最大功效，保证整体运行稳定与安全，提高煤炭传输能力。

2.2 高压变频器功能

高压变频器主要由两个部分构成，即移相隔离变压器功率单元和控制器单元。高压变频器的广泛应用，从根本上提高了生产整体效率，增加了煤炭产量，高压變频器的应用，最大限度地提高了整个皮带机无极调速能力，使传统生产方式得到改良，是皮带机最为重要的部件，在运行过程中，就能够直接进行高-高变换，是一种现代最为先进的变动模式，其科技原理较为复杂，总体来看，是与控制算法、有源逆变技术、矢量控制技术、多电平串联叠波技术相结合，最大化发挥了各自技术优势，优化并重组了现有运行模式，使传输运行更加稳定精准，通过输出正弦电流，保证了生产效率提升。

3 高压变频器在煤矿皮带机上的应用方案

3.1 系统应用

系统应用效果体现在两个方面：一是能够减少能源消耗。对于一些生产区段煤炭数量少的情况，其整体传输数量不大，那么，就可以根据煤炭传送数量对速度进行调节，使数量与速度相符，既节省了成本，同时也减少了消耗，降低了皮带机运行磨损率；二是提高生产能力。针对大量煤炭生产，需要提高传送速度才能保证任务完成，此时，需要通过速度调节，全面发挥皮带机运输能力，确保煤炭输送量处于满负荷状态，通过全速运行进一步提高皮带机速度，保证了煤炭生产任务如期完成。

3.2 系统结构

高压变频器全面在煤矿皮带机上的应用，大大改变了传统生产方式，其系统更新与改良后明显优于现有运行模式。为了进一步减少改良成本，需要合理计算与设计，确保在充分发挥高压变频器的基础上，达到节省投入的目的，所以说，进行应用与改造方案设计，其基本原则是坚持成本节约，充分保证发挥原有功能基础上，避免出现影响皮带机电气性能、运输能力的问题，设计安装时，要根据生产能力解决好技术问题，对现场调研是重点，需要综合考虑煤矿现场工况、变频器性能、工作运转水平等实际条件做好现场改良。运行方式可以根据生产量做出正确的选择，可以是“一拖一”或“一拖二”的设计，不同的生产总量与性能和模式有直接关联。“一拖一”就是一台变频器拖动一台电机，确保电机在原有基础上改良生产状况；“一拖二”主要是指一台变频器拖动两台电机，提高原有运行功率。为了保证自由调节，可以根据“工频”和“变频”两种运行方式做出优先选择，也可以两种运行方式同时使用，使不同的频率间能够形成最大限度的自由切换，通过科学有效的变频调节，达到连续稳定生产传输的根本目标，充分降低生产能耗。

3.3 系统功能

整个系统运行效率较高，其功能强大，主要表现在几个方面。一是能真正实现皮带机软启动。全面的应用高压变频器，能够大大改良现有煤矿皮带机功能，在皮带机驱动电机时，高压变频器可以实现变频控制，确保电机低频大转矩启动，使皮带机控制系统能够达到软启动的目的，有效解决了启动问题并延长了电机寿命。二是能实现多电机驱动功率平衡输出。通常指的是“一拖二”运行模式，通过对两个电机的有效控制，使两台电机电流、功率、力矩达到相同的数值，形成均衡的功率输出。三是能降低皮带机带强。变频器启动能在1s～999s内随意调节，实际作业时多设置在60s～200s范围内，能够降低皮带机在启动过程中对整个机械设备的冲击，降低故障率和维护量，减少皮带机带强，更好地维护设备，降低皮带机全年的维护量。四是能实现节能降耗。根据煤仓煤量对变频器输出频率调节，避免电动机功率浪费。

4 结束语

高压变频器在煤矿皮带机上的应用，使皮带机功率显著提升，节能效果明显，皮带机整体运行的可靠性、安全性大幅提升，在国家大力提倡节能减排、倡导绿色生产的今天，皮带机电控系统技改对社会发展有着良好的促进意义。

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