煤矿胶带输送机变频调速系统技术改造的设计与实际应用

马永卫

摘 要：变频调速技术是通过改变电动机电源频率实现速度调节，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。随着我国社会经济的不断进步，煤矿生产也在进行着高速的发展与更新，长距离、大运量、大功率胶带输送机在煤矿上的使用量也越来越多。大型胶带输送机需要良好的驱动方式。将变频调速技术应用于煤矿胶带输送机的设计与改造，可以实现力矩与速度控制功能，提高大型煤矿胶带输送机的安全性能和稳定性。本文从采用变频调速技术设计改造煤矿胶带输送机的重要意义入手，对煤矿胶带输送机变频调速系统技术的工作原理和实际应用加以系统分析。

关键词：胶带输送机 变频调速 改造 设计 应用

中图分类号：X830 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（a）-00-02

煤是最主要的固体燃料，是可燃性有机岩的一种。煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿。数据显示，在我国，全国登记在册的生产煤矿高达3900余处，年产能30多亿吨，广泛分布于26个省区。

煤流运输是煤矿生产过程中的重要环节。为了充分保证煤矿运输系统安全可靠运行，对应用极为广泛的胶带输送机进行变频调速技术改造具有十分重要的意义。本文立足煤矿生产实际，从煤矿胶带输送机的结构特征分析入手，对胶带输送机变频调速系统技术改造的设计原理、重大意义与实际应用进行简要探索[1]。

1 变频调速技术应用于煤矿输送机系统的重要意义

对于一台煤矿胶带输送机，其牵引力传递能力的大小，决定于胶带的张力、胶带在传动滚筒上的围包角和胶带与传动滚筒之间的摩擦系数。要保证胶带输送机的胶带在传动滚筒上不打滑，正常运行，在生产实践中要根据不同情况采取相应的控制措施。在这样的实践要求下，变频调速技术的应用便成为一个首要选择。变频调速技术拥有良好的物质基础、理论基础与技术环境，应用于煤矿胶带输送机具有以下几方面重要意义。

1.1 控制启动电流，平衡电机功率

煤矿胶带输送机通常必须配备较大富余量，但由于负荷不断变化以及运行时间较长，胶带输送机长期处于欠载运行状态，造成电能浪费。因此，根据胶带输送机的负荷调整运行速度是必要措施。变频调速可以在零速零电压启动，带动煤炭负载进行输送工作和变频调速，充分降低电机电流，同时在最大程度上消除电压下降，避免导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常。同时，通过调节变频器输出的驱动电机的电流差值大小可以调整每台电机的转速差值，各电机电流值逐步趋于平衡，达到功率的动态平衡[2]。

1.2 控制加速功能，平稳载重起动

胶带输送机在起动过程中对电机或相连机械部分都会产生剧烈的振动，这种振动将会进一步加剧机械磨损，降低机械部件和电机的使用寿命。而变频调速系统可以实现零速起动，并且可以按照控制输送需要进行光滑地直线或曲线选择性加速，在煤矿生产运输煤炭过程中任意时刻，均可以随时立即停车和重新起动。

1.3 转矩极限可调，皮带带强降低

变频调速系统可以设置相应的转矩极限避免机械损耗，特别是在胶带输送机过载时自动停止，保护皮带。变频器驱动还可以调节起动时间，降低对皮带带强的要求，降低胶带输送设备的初期投资[3]。

2 煤矿输送机变频调速系统技术的工作原理及实际应用

2.1 煤矿输送机变频调速系统技术的工作原理

变频调速系统的控制方式包括V/F、矢量控制（VC）、直接转矩控制（DTC）等几种。V/F控制主要应用在低成本、性能要求较低的场合；而矢量控制的引入，则开始了变频调速系统在高性能场合的应用。近年来随着半导体技术的发展及数字控制的普及，矢量控制的应用已经从高性能领域扩展至通用驱动及专用驱动场合，乃至变频空调、冰箱、洗衣机等家用电器。交流驱动器已在工业机器人、自动化出版设备、加工工具、传输设备、电梯、压缩机、轧钢、风机泵类、电动汽车、起重设备及其它领域中得到广泛应用。随着半导体技术的飞速发展，MCU的处理能力愈加强大，处理速度不断提升，变频调速系统完全有能力处理复杂的任务，实现复杂的观测、控制算法，传动性能也因此达到前所未有的高度。而现在变频驱动主要使用PWM合成驱动方式，这要求其控制器有很强的PWM生成能力。

完整的煤矿胶带输送机变频调速系统包括变频主体、电抗器等重要部分及其他必要元器件。变频调速是通过改变电源频率调节电机转动速度，电源频率与电机转动速度呈正相关关系。其工作原理是通过找到系统固定频率值，而后适当改变系统运行频率，达到控制电机转动速度的目的[4]。

2.2 煤矿输送机变频调速系统技术的实际应用

变频调速技术在煤矿胶带输送机工作的各个阶段，均能规避电能及皮带设备的损耗。变频调速技术的应用势在必行。

（1）软启动。通过变频调速技术驱动煤矿输送机，其软启动功能大大提高电机转速的控制精度，带动煤矿胶带输送机同步缓慢启动，有效降低胶带张力波造成的冲击力破坏。

（2）平衡功率。煤矿输送机变频调速系统采取一拖一的控制方式，保证胶带运输中要求的线速度、转动力矩一致，达到功率平衡性要求。

（3）调速节能。煤矿输送机变频调速系统能够实现输送机根据负载变化自动调整运行速度，减少设备部件磨损，延长输送机使用寿命，成本节约效果明显。

此外，煤矿输送机变频调速系统在实际应用过程中会存在一定问题。首先，电解电容会引起主回路电解电问题，因此在胶带输送机变频调速系统安装时要严格控制设备温度，减少脉动电流；其次，线路上的负荷容易导致变频器出现故障，从而导致主回路过电流跳闸，这种情况下，应当通过对往期跳闸的电流的查询与统计分析，准确判断问题发生部位。最后，会出现控制回路问题的发生，因此要做好相应的预防处理，并定期对电源电路板进行规范检查，及时处理存在问题[5]。

3 结语

在煤矿生产的发展过程中，合理选择大型胶带输送机的驱动方式是至关重要的环节。综上所述，采取变频调速技术对煤矿胶带输送机加以设计改造，对传统的煤矿胶带输送机的性能有极大的改善，能够实现可调、平滑且无冲击的启动力矩，减小胶带输送机在运行过程中的冲击力和张力，全面改善胶带输送机整体的受力状况，延长机器的使用寿命，从而保护电网免受冲击，减少胶带输送机运行过程中的功率损失，提高稳定性、可靠性、安全性。煤矿输送机变频调速系统属于节能型技术，可以实现经济及社会效益的双赢，对建设节约型社会也具有重要意义。此外，变频调速系统还有調速范围大、体积小、能效高等几方面特点，加强变频调速技术在煤矿胶带输送机的应用是必要选择，并要在实践中进行不断的完善与探索。

参考文献

[1] 孙学政.变频技术在大型胶带输送机中的应用[J].中国高新技术企业，2014（17）：46-48.

[2] 暴瑞卿，卢岩，王玉超，等.常兴煤业主胶带输送机变频改造设计[J].辽宁工程技术大学学报：自然科学版，2014（9）：76-79.

[3] 李长胜，李鑫，李斌，等.简述带式输送机变频电控系统的应用[J].科技创新与应用，2016（4）：92.

[4] 刁云飞.煤矿胶带输送机变频调速系统技术改造分析[J]. 机械管理开发，2018（4）：102-103.

[5] 王新伟，赵松，张国平，等.高压变频器在主斜井大倾角钢绳芯带式输送机中的应用[J].起重运输机械，2007（11）：70-71.

[6] 马海岗.浅谈变频调速技术在矿井带式输送机上的应用[J].山东煤炭科技，2012（5）：40-41.