煤矿皮带机变频器变频技术的应用

王刚

摘 要文章首先对变频器的技术原理进行简要介绍，在此基础上对变频器变频技术在煤矿皮带机中的应用进行论述。期望通过本文的研究能够对煤矿井下皮带机运行稳定性的提升有所帮助。

【关键词】煤矿 皮带机 变频器

1 变频器的技术原理

变频器简称VFD，它的核心技术为变频和微电子技术，归属于电力控制设备的范畴，可通过改变电机工作电源的频率对交流电动机进行控制。常规的变频器由以下几个部分组成：整流、滤波、逆变、制动和驱动单元以及检测单元等。对于传统的机电设备而言，由于是固定电流，因此设备在运行的过程中，无法进行转速变换，也就是说，设备始终以一种转速运行，在这一前提下，能耗较高。变频技术最为突出的作用就是可以通过对转速的调节，来改变电流，从而达到节能的目的。变频器中的各个部件通过相互配合，能够改变电流频率，在不改变电压的情况下，可使半导体的作用得以充分发挥，对机电设备的工作频率进行转化，从而使电流频率具有可变性的特点，在对电流频率进行变换的同时，可使机电设备的运行能耗随之降低，这就是变频器的基本技术原理。

2 变频器变频技术在煤矿皮带机中的应用

在煤矿井下机电设备中，皮带机是不可或缺的重要组成部分之一，它的运行稳定与否，直接关系煤炭的产量。为在现有的基础上，进一步提升皮带机的运行安全性和可靠性，可对变频器变频技术进行合理应用。

2.1 皮带机对变频器的要求

煤矿皮带机本身的特殊性使其对变频器提出了较高的要求，具体体现在如下几个方面：

（1）需要变频器有较高的技术指标，起动转矩应当在2倍以上，并且可在150%额定电流以下保持连续不间断地运行；要求变频器的运行速度曲线为S形，加速与减速均应当能够平滑过渡；可以实现四象限运行，而且还要具备相对完善的数控功能。

（2）要有良好的散热性能，通常情况下，变频器采用的是风冷或水冷系统进行散热，煤矿井下特殊的作业环境对设备有着较高的防爆要求，变频器的部件需要安装在防爆腔内，所以无法采用风冷系统对变频器进行散热，而水冷系统不便于维护，由此使得变频器的散热成为突出的问题，在具体应用时，必须予以解决。

（3）电磁兼容，由于煤矿井下存在大量的机电设备，加之环境恶劣，因此会对变频器产生较为严重的电磁干扰，这就要求变频器的电磁兼容必须做好，以确保其能够不受电磁干扰的影响，始终保持稳定的运行能力。

2.2 变频器选型

在对变频器进行选型之前，应当按照煤矿批到及对转速和转矩的要求，通过计算对最大输入功率进行确定。当皮带机的最大输入功率确定之后，可对电机的额定功率和极数进行选择，由于电机的极数与同步转速有着密切的关联，因此，要求电机的同步转速应当能够覆盖整个调速范围，而转矩则可取设备不同工况下的最大转矩，如起动、运行、过载以及最高速度等工况。随后可以按照变频器的输出功率及额定电流对具体的参数和型号进行确定。由此可以确保所选的变频器符合煤矿皮带机的运行要求。当变频器的参数及型号确定之后，应对其外部的配置予以考虑，熔断器不可以使用空气断路器进行替代，以免造成内部整流元件损坏；电缆应当按照变频器的功率进行选择，建议选用四芯屏蔽动力电缆，变频器与电机之间的动力电缆不宜过长；滤波器可以安装在输入侧，借此来对逆变输出电压尖峰进行抑制，从而确保电机的运行安全，并降低高频损耗；变频器与滤波器之间的电缆长度应当控制在3.0m以内。

2.3 变频器的应用效果

煤矿皮带机应用变频器后，除了可以提高运行稳定性之外，还能实现节能的目标。

2.3.1 实现软起停

通过变频器对煤矿皮带机进行驱动，能够借助电机的慢速启动带动皮带机缓慢起动，从而使皮带机中存储的能量得到缓慢释放，这样一来，皮带机在整个起动过程中所形成的张力会大幅度减小，基本上不会对皮带机造成损害。在皮带机停车时，可利用变频器调节速度，由此可减少停车时的冲击，保证了皮带机的安全。

2.3.2 确保功率平衡

国内大部分煤矿中使用的皮带机均为双滚筒或多滚筒驱动，运行方式为一拖一控，变频器应用后，可将控制方式变为主从控制，由此能够使功率达到平衡，从而保证电机的同步性能。

2.3.3 减少维护量

对于变频器而言，它本身是由电子器件组合而成，其可以将机械设备的寿命转换为电子器件的寿命，在这一前提下，变频器可以使皮带机的维护量随之减少。具体应用中，变频器的加入减轻了皮带机的起动冲击，机械系统的损耗随大幅度减少，检修工作量随之降低，托辊和滚筒的使用寿命比未应用变频器之前提高数倍。

2.3.4 节能降耗

为保证煤矿生产作业的有序进行，矿井中使用的电机在设计时都会预留出较大的裕量，但由于绝大多数时间内，电机无法达到满载运行，从而导致电能损失，这种情况在皮带机中非常突出。应用变频器之后，可按负载对皮带机的速度进行自动调节，电机与减速器之间直接联系，减少了中间的液力耦合器环节，传递效率随之提升。同时变频器的稳定功能可以为皮带机提供稳定的电压，由此可以达到节能的效果。鉴于变频器的上述作用，各大煤矿应当对它的应用给予足够的重视，并在现有的基础上加大对变频器的研究力度，解决应用中存在的各种问题，使变频器的作用获得充分发挥。

3 结论

综上所述，煤矿井下皮带机作为煤炭生产的核心设备，它的运行稳定与否关系重大。为此，可将变频器变频技术合理应用到皮带机当中，随着变频器的加入，除了能够实现皮带机的软起停之外，还能使设备维护量有所减少，最为重要的是降低了皮带机的运行能耗，达到节能的目的。

参考文献

[1]史坚青.ABB中压变频器在煤矿主斜井皮带机上的应用[J].机械管理开发，2016（08）：76-78.

[2]刘洪焰.施耐德AFE有源前端变频器在煤矿皮带机的运用[J].煤矿现代化，2014（08）：89-90.

[3]郭金星，田利瑞，胡令芝.高压变频器在煤矿皮带输送系统中的应用[J].变频器世界，2016（08）：94-95.

[4]刘慧敏.基于变频技術的煤矿皮带运输机调速系统的应用研究[J].机械管理开发，2017（06）：73-74.

作者单位

开滦（集团）有限责任公司蔚州矿业公司单侯矿皮带队 河北省张家口市 075700