基于变频技术在煤矿皮带机改造中的应用分析

冯少宇

摘 要：变频技术在煤矿皮带机改造中作用较大，可有效提高设备工作效率，解决设备在传统工作中所存在的各种问题，同时达到节能减排的应用目标。本文从变频技术的基本工作原理谈起，详细分析煤矿皮带机对变频技术的技术改造要求、改造方式和改造效果。

关键词：变频技术 煤矿皮带机 技术改造 应用方式 效果

中图分类号：TD528.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（c）-0032-02

传统煤矿运输多采用基于机械驱动、多滚筒系统的煤矿皮带机，这种皮带机在煤矿运输方面相对消耗成本较高，不利于高效率生产工作。伴随当前微电子技术的快速发展，变频技术应运而生并成功融入到煤矿生产领域中，例如它在煤矿运输领域的皮带机应用方面就非常广泛，对我国煤矿产业技术性发展进步起到了巨大促进作用。

1 关于变频技术

1.1 基本工作原理分析

传统机电设备中多为固定电流，机电设备在运行过程中电流无法变换，这可能会耗费大量的电力能源，对设备寿命周期也会产生较大影响。如果能将变频技术应用于机电设备之中就能够改观这一状况。因为变频器本身结构复杂，含有电源板、主板、电机等重要元器件，这些元器件之间能够形成相互配合进而改变电流频率，但不改变电压，所以这就能较好发挥电力半导体的实际应用价值，尤其是对机电设备电流频率的可变性调节非常有利。在电流频率改变过程中，机电设备也会得到有效调整，这就是变频技术的基本工作原理。当前，煤矿企业也将变频技术灵活运用于煤矿皮带机運输环节中，保证了煤矿运输的高效率。

1.2 煤矿皮带机改造与变频技术的基本关系

煤矿皮带传送机容易老化，寿命周期严重受限，所以要采用变频技术对其进行改造，一方面改变它传统皮带的固定驱动模式，降低煤矿在开采与生产中的大量电能损耗；另一方面也希望解决传统皮带机运输煤矿过程中的输送量不适应、故障频发等问题，希望以此来降低设备后续维修难度。在煤矿皮带机改造过程中可能会出现堵塞问题，此时要借无速传感器控制技术来进行科学推算，保证皮带机运输始终处于额定输出状态，这样也能有效节约电能，满足煤矿皮带机的设备改造技术需求。

2 煤矿皮带机改造对变频技术的特殊技术要求

煤矿皮带机在改造过程中也会对变频技术提出相应技术要求，这些要求相对特殊，也是传统普通变频器无法被运用到煤矿皮带机技术改造中的主要原因，本文将简要剖析这些特殊的技术要求。

首先，在技术改造过程中煤矿皮带机提出了较高的变频技术指标要求。例如它就要求变频机中变频器的启动转矩应该达到至少两倍以上的转速。换言之，在煤矿皮带机持续运行状态下，要保证有至少150%的额定电流作为基本保障，并保证煤矿皮带机在运行过程中走S型曲线路线且加速度平稳均衡。上述技术改造要求可以帮助设备实现能量有效回馈，为此技术改造过程中也采用到了四象限运行模式，希望完善设备在数控方面的智能化功能。

其次，要保证变频技术的散热能力达标。因为传统中的普通变频器在散热性能方面表现不佳，无法满足煤矿行业中的防爆要求。这主要是因为传统中的普通变频器多采用水冷或风冷制冷方式，但煤矿皮带机变频器中会含有大量元器件，它们都会产生大量热量，所以无论是水冷还是风冷在制冷效果方面都不尽如人意，特别是水冷还需要煤矿皮带机另外配备散热系统，这就加大了设备的前期安装与后期维护成本，所以散热问题也是改造的一大目标。

最后，在煤矿皮带机改造过程中，要考虑到变频器本身的电磁兼容性问题。煤矿生产过程中环境较差，这就要求变频器在工作运行过程中需要较强的抗干扰能力，所以这里就要涉及到电磁兼容性问题，它的兼容性优劣直接会影响到变频器在煤矿皮带机中的功能作用发挥[1]。

在改造过程中，变频技术对煤矿皮带机的融入也存在一些现实问题。比如皮带机在煤矿运输过程中容易受到电磁影响，如本文所述，当电磁影响严重时变频器也会直接损坏，导致煤矿皮带机工作停滞；另外就是电源异常问题，因为煤矿皮带机经常在低电压状态下工作，而低电压是容易导致电源发生异常的，所以在设备改造过程中也应该考虑加入特殊电源设施，例如辅助变压器等等来调节电压水平，有效优化电源质量；最后就是高次谐波问题，它是由煤矿皮带机在运行过程中产生的。传统中我国皮带机设备会采用PMW变压器控制方式，它也是产生大量高次谐波的根源。这种高次谐波会直接影响到电动机绕组使其发生异变，同时也会降低设备整体的绝缘性能，造成变压器畸变。如此多的变化会为煤矿皮带机正常运行带来负面影响，就目前来看，有效缩短变频器与电机之间距离是一种解决办法，或者直接在变频器上安装整流桥也能有效避免高次谐波，确保煤矿皮带机正常运行[2]。

3 基于变频技术的煤矿皮带机改造方法

对煤矿皮带机实施变频技术改造，就以某煤矿集团为例，它采用了3台高压电机共同拖动皮带机，满足双滚筒三机拖动条件，见图1。

如图1所示，某煤矿集团中的煤矿皮带机在传统系统方面由3台高压异步电动机所共同构成（160kW，6kV），它同时利用到液力耦合器驱动滚筒与减速机两种技术设备，通过皮带与滚筒之间的摩擦力来带动整个皮带运行，再配合2台电机处于同轴位置带动卸煤滚筒工作。但由于煤矿施工现场环境相对偏差，且耦合器内部油压存在不均匀现象，所以，皮带机本身的传动效率无法保持稳定。根据上述问题对设备精细改造，首先要求控制系统必须满足以下4点特性：第一，要采用低启动电流，控制电流自动对电网形成影响，进行有效延长电机使用时间，且最大限度地减少对其他电气设施的不利影响。第二，要对机械启动冲击进行改造，将冲击降到最低水平，这样可有效延长胶带与减速器等关键元器件部位的使用寿命周期。第三，要保证改造能够满足大功率平衡作业条件。第四，要启动所有可控装置，配合皮带机技术改造。

在实现上述4点设备改造以后，该煤矿几台还专门设置了3台具有“隔爆兼本”功能的变频技术调速设施，配合煤矿皮带机的设备长度与负载大小来启动系统，并将启动时间设置在为60s。当电动机启动后其最大启动转矩达到100N·m以后，皮带机就能够进入平稳工作阶段，配合变频器的软启动，保证皮带机与变频技术之间的有效结合，在皮带机运行过程中释放皮带的部分能量，进而保证设备的整个过程中都充满张力。在该技术改造中，还利用重载实验来验证皮带机的煤矿运输稳定性，以达到技术改造目的。另外，该改造还希望为煤矿皮带机增加调速功能，配合煤矿皮带机实际的云煤量来调整皮带运行速度，保证系统在投入生产后降低驱动电机与皮带机的故障发生几率，最重要的是延长皮带机的滚筒与托辊寿命周期，这对皮带机驱动功率的有效平衡也有促进作用。

从节能角度来讲，此次技术改造由于利用到了变频驱动技术，所以，对煤矿皮带机的系统效率与功率因数优化都是必然的，它改造了皮带机的电机裕量，解决了传统中设备无法满载甚至空载工作的固有问题。在变频驱动器加载以后，皮带机的功率因数上升到0.9以上，对整体设备的无功功率实现了有效降低控制。再者，变频器驱动让设备电机与减速器相互直接连接，而液力耦合器则被去除，传递效率相比于传统液力耦合器高出10%左右，提升明显[3]。

4 结语

煤矿皮带机经过变频技术改造后，其皮带的张力有所减小，保证了重载启动平稳运行，同时也优化了煤矿皮带机的停止与启动性能，对设备整体运行成本也实现了有效控制，整体来讲满足了煤矿企业生产质量优化，对行业绿色生产具有极高的实践价值意义。

参考文献

[1] 刘玉庆.变频技术在煤矿皮带机改造中的应用[J].中小企业管理与科技，2015（20）：65.

[2] 李清荣.煤矿皮带机常见故障分析及对策处理[J].煤矿现代化，2016（1）：102-104.

[3] 王建华.变频技术在煤矿皮带机改造中的应用分析[J].科技风，2014（7）：50.