下运式带式输送机变频技术研究

2018-07-06王洲

机械管理开发 2018年6期

王洲

（长治经坊煤业有限公司，山西长治 047100）

引言

传统的带式输送机功率恒定，其电动机驱动方式多为真空磁力式。在启动时，多部电机同时工作，启动电流大，会对供电系统的稳定性产生影响。某煤矿由于地质条件较为特殊，需要使用下运式带式输送机完成煤炭运输的工作，但在运输过程中存在负力运行、速度无法控制等缺点。为解决上述缺点，需要对带式输送机进行变频设计。

1 煤矿概况及下运式带式输送机存在的问题

1.1 现场概况

该煤矿运输顺槽的带式输送机安装了两部变频调速装置[1]，在矿井投产初期，原带式输送机可完成煤炭的运输工作。但是随着开采的不断进行，受工作面布置及地质条件的影响，2203工作面运输顺槽出现了一段长距离的下山运输，在运输过程中，由于负载较大，供电系统可能会出现跳闸，煤炭在重力的作用下沿带式输送机向下运动，具有重大的安全隐患。

1.2 煤炭下运过程中存在的问题

1）两象限变速装置无法准确像电网反馈用电情况[2]，可能会导致供电线路的母线和变频器电压过高。对下运式带式输送机运煤过程中的受力情况进行分析，在运输过程中，煤炭会产生一个沿着皮带运输方向且与皮带阻力相反的下滑力。当皮带上的煤炭逐渐增多时，下滑力也逐渐变大，如果下滑力和胶带阻力相等，电动机将无法进行扭矩输出。如果下滑力大于阻力，则电动机的牵引力为负。方向与胶带的阻力方向相同，即下滑力克服皮带阻力运行，此时电动机的电子旋转方向及电磁转矩方向将会发生改变，发动机的工作状态为发电制动，变频器所产生的能量会传递到母线，需要额外的电量将信号反馈到电网。使用两象限变频调速装置对电网反馈，出现跳闸现象，影响运输的正常进行。

2）由于带式输送机上的两个滚筒负载不平衡[3]，造成两台变频器的输出功率不同。在进行运煤时，可能会因为变频器输出功率差距过大，而使电网出现跳闸保护。

3）带式输送机因为某种情况需要紧急停车时，胶带输送机上面的煤还会在惯性的作用下继续运行一段时间。此时，电动机无法对其进行控制，会给煤矿的安全生产带来风险。在带式输送机司机按下停止按钮之后，PLC控制箱对变频器发出停车指令，带式输送机接收到信号之后，驱动滚筒停止转动，但向下运转时势能较大，在胶带和煤的作用下，造成滚筒打滑，输送机继续运行一段距离。

2 下运问题解决方案

2.1 负力运行时能量反馈解决方案

将工作面运输顺槽的带式输送机改为四象限变频调速装置[4]，可解决输送机负力运行时能量反馈的问题。

1）带式输送机的驱动方式为双滚筒驱动[5]，1台四象限变频装置控制1台电动机，变频调速装置共2台，1台为主变频装置，1台为从变频装置，两台变频装置在工作时相互配合，进行负载调节，保证输出功率平衡。此外还需要为每台变频调速装置配备专门的电抗输出器和电抗输入器，以满足工作需求。

2）四象限带式输送机变频调速装置可以将整流电路中的全波整流变成可控整流。电动机在工作时，整流控制元件会产生6路DWB脉冲信号，改变6个IGBT的工作状态，IGBT的闭合、断开状态和输入电抗器相互作用，形成正弦形交流电，能量经过电网从逆变流和整流回路流到电动机，此时四象变频调速装置位于一、三象限。电动机在工作时，产生的能量经IGBT流回母线，当母线的电压超过一定值时，整流能量回馈控制部分启动，电能经过电流逆变侧流到电网，带式输送机变频调速装置位于二、四象限[6]。

3）对带式输送机变频调速装置的四象限分析后可知，当电动机沿顺时针方向运转时，电动机转矩经减速器转换，作用于驱动滚筒，然后同胶带和覆煤沿胶带方向的分力共同作用，此时电动机位于第一象限。当运煤量增加，驱动力矩随之变大，当驱动力矩大于摩擦力矩，滚筒转动速度加快，电动机转子速度也变快，速度将会超过电动机同步转速，电动机先正转后制动，位于第二象限。当电动机反转时，位于第三、四象限。当电动机处于一、三象限时，电动机的转子与输出的电磁转柜转向一致，电动机将电能转化为机械能，带动输送机运转。四象限变频装置系统控制如图1所示。

图1 四象限变频调速装置控制系统示意图

2.2 两台变频器功率输出不平衡解决方案

给两台变频器增加通信端口，使其输出功率平衡。将其中一台设为主变频器，另一台设置为从变频器，采集两台变频器的输出电流，使用通讯程序对比电流值，调节两台变频器的转矩，实现输出功率平衡。

2.3 带式输送机停车问题解决方案

原带式输送机通过驱动滚筒上的液压制动闸停车，为了增加下运式带式输送机停车时的安全性，在带式输送机的机头、机尾处安装液压制动装置，在边坡点安装三脚架和液压制动装置。当带式输送机司机按下停止后，PLC控制箱发出停车信号，机头、机尾和边坡点的液压制动装置同时动作，实现带式输送机平稳停车，最大程度降低下运过程中的势能影响。2203工作面运输顺槽共有3个边坡点，在上顺槽胶带和输送机的托辊中安装制动缓冲装置。采取上述方案后，缩短了制动时间，带式输送机制动装置、三脚架和带式输送机的缠绕布置如图2—图4所示。