带式输送机改造中变频技术的实践应用研究

2018-09-21肖玉龙

山东煤炭科技 2018年9期

肖玉龙

（同发东周窑煤业有限公司，山西大同 037000）

变频技术能更好地控制机电设备的运行，保障设备稳定安全地工作，可以节约更多的能源。本文以同煤集团同发东周窑煤矿DSJ140/350/2×500型带式输送机为研究对象，采用现代变频技术对其进行改造。

1 东周窑煤矿带式输送机系统

同发东周窑煤矿位于山西大同左云县，年产能力为1000万t，其井下带式输送机承担着很强的运输任务。东周窑煤矿井下带式输送机采用的是双机驱动装置，其型号为DSJ140/350/2×500，两台电机均安设在机头处。此前东周窑带式输送机采用液力耦合器来保护电机和防止启动高电流，运输期间对于皮带的损坏非常严重，常需要停机进行检修，降低了工作效率，该种工作模式增加了耗电量，运输成本增加。当前国家提出了能源资源的节能减排方针，必须重视变频技术在机电设备的应用，以响应国家的号召，也是企业自身降低生产成本，提高经济效益的一项重要的途径。基于以上原因，从提高工作效率，降低运输成本的角度来考虑，公司技改部决定对带式输送机进行现代变频技术的改造实践应用的项目进行立项。

2 现代变频技术的运行机理分析

现代变频技术融合了现代电子技术、计算机信息技术、电机运行技术以及机电一体化技术。变频技术是通过把工频电源进行转换，从而形成其它频率电能，以此为基础来对机电设备进行控制。原理为整流桥将工频交流电压进行转换，经逆变器后再转换为有效的电压，从而以驱动电压的模式对交流电机进行驱动操作。煤矿机械设备都是耗能大户，将变频技术与开采设备机电相结合，是实现其降能的有效途径。同时变频技术还具有无冲击启动、软停机等控制性能，可以保持整个矿井供电系统的稳定性。

3 带式输送机变频调速改造方案的设计研究

3.1 传统液力耦合器的不足

东周窑矿DSJ140/350/2×500落地式皮带输送机以往采用的是传统液力耦合器，在工作期间存在着以下不足：（1）液力耦合器增加了空载启动环节，空载启动阶段会产生4～5倍的电机额定电流，因瞬间电流的增大而损坏电机，还会冲击煤矿的供电网络，导致电压下降现象，影响到其它机电设备的正常工作；（2）对带式输送机的皮带强度要求高，液力耦合器要求带式输送机在短时间内完成加载工作，对皮带的张力值要求更高，否则会使得皮带断裂发生故障；（3）无法解决双电机驱动的功率不平衡问题，带式输送机的运输长度较长，液力耦合器无法解决电机驱动的功率不平衡问题；（4）容易造成环境污染问题。

3.2 基于现代变频技术的变频器的优势

在皮带运输机电机系统中采用变频器，具有以下优势：（1）实现带式输送机的软启动。高压变频器的使用可以实现机电设备的缓慢启动，实现带式输送机的缓慢启动，进一步释放胶带的贮存能量，降低因启动与停止产生过大的冲击力而损坏胶带；（2）降低对胶带强度的要求，启动时间的延长可以降低对皮带强度的要求，减少启动的瞬间产生的大电流现象，保护设备内部及各零部件，延长设备的使用寿命，降低设备采购的成本；（3）解决带式输送机双电机驱动时的转矩平衡问题，高压变频器通过一拖一控制来实现转矩平衡；（4）具有验带、自动调速、节能等功能，依据相应的煤炭运输量要求，变频技术实现运输速度的自行调节功能，在带式输送机的整个运行过程中，更好地实现带式输送机的运输要求，大大降低工作能耗，节约电能。

3.3 变频调速改造方案的设计与选择

带式输送机采用多台电机拖动，需要对其控制与协调问题进行平衡。针对东周窑矿DSJ140/350/2×500落地式皮带输送机的变频技术改造前，事先设计了以下三种驱动方案：

方案1：一拖多并联运行方案。主要适用于电机数量少、功率小的改造方案。方案2：主-从控制方案。主要是适用于电机出力均衡、间距小、系统简单的改造方案。方案3：统一协调控制方案。主要适用于改造电机数量多、间距大、系统复杂的改造方案。

结合东周窑矿开采现场的实际情况与应用条件，为了有效控制负载平衡，技术人员决定采用主-从控制模式来进行变频技术的改造。安装2台变频器，确定其中1台为主控变频器，从而确定电机的输出转矩，同时根据皮带输送要求对整个系统进行速度控制，另1台为从变频器，取2台电动机在各自系统中的磁通值，把转矩给定值转换为电流给定值，进行各自的电流闭环调节，保证2台电动机的出力一致，达到转矩平衡。由主-从控制结构负载平衡控制示意图（图1）可以看到，主控变频器控制着1#电机的转速，同时发出1#电机和2#电机的输出转矩，从控变频器调速系统通过调节来对2#电机的输出转矩进行控制。