带式输送机变频调速技术的分析与应用

李玉宁

（山西晋神能源有限公司安监部， 山西 河曲 036500）

引言

带式输送机作为连续运料机械，具有运量大、可连续运输、运距长、适合各种坡度等优点，目前，绝大多数高产高效矿井都利用带式输送机作为主要的运输装备[1-2]。带式输送机由两个端点滚筒和紧套在其上的闭合输送带组成。传统带式输送机驱动电机功率是恒定的，所以往往会超过实际需要，增加电力消耗，且在启动和停止时，强大的冲击力也容易造成皮带的损坏，山西晋神沙坪煤业曾采用液力耦合装置[3-4]进行软启动，但其功耗往往较大，为了解决这一问题，引入变频调速技术对其进行改进。

1 带式输送机变频调速技术原理

变频调速技术原理是驱动电机转速与输入工频成正比：

式中：n为转速，r/s；f为输入频率，Hz；s为电机转差率，%、p为电机磁极对数，个。

通过调整电动机输入工作电源频率改变电机转速。变频器可以按照荷载对带式输送机运行速度进行控制，提高运输系统的适用性和工作效率[5]。

带式输送机的变频系统包括变频器、控制设备、传感器、电源控制模块等部分。传感器安装在带式输送机电动机处，用于采集设备工作状态，由控制设备对其信号加以处理，再发出控制指令使设备做出反应，各部件共同协作完成自动控制任务。控制设备和电源控制模块是自动控制系统的控制元件。操作人员可以按照人机界面显示的关键运行参数，在控制按键上进行操作，实现带式输送机变频调速系统的精确操控。

带式输送机变频调速技术的核心是变频器。在变频调速过程中，首先利用变频器内的整流电路将输入的工频交流电转换为直流电，然后再通过直流中间电路对直流电进行控制后，经过逆变电路改变频率转换为可调交流电，基于这种“交-直-交”变频变压转换原理，调节输送机输入电能，将可调交流电送入带式输送机电动机中，完成频率控制，变频器原理如图1所示。

图1 变频器原理图

在变频过程中，控制电路通过逻辑器件对传感器所采集数据（模拟信号）进行预处理，然后传送至单片机进行分析，并对带式输送机的运行状况进行判断，同时根据数据情况预测带式输送机有可能存在或出现的隐患。如果检测到输送机没有负载，则控制电路控制运输机减速并停止运行；当检测到皮带开始运输物料后，运速提升，并根据实际负载大小提供最佳运转速度，从而达到提升运载效率、减少设备损耗和降低功耗的目标。当运输机发生特殊状态，控制系统无法解决时，系统会发出报警信号并停止输送机运转，并将信息以可视的形式发送给操作人员，以便对运输机进行检修。

2 带式输送机实时调速控制的分析

通过“交-直-交”变频系统转换，带式输送机变频器可以根据检测到的荷载大小调整输送机运行速度，当输送带荷载较小情况下，放慢输送带运行速度，而当输送带荷载较大时，加快输送带的运行速度。通过这种以负载为导向的速度调节方式，可以有效提高煤炭的运输效率，并减小输送带的磨损。输送带变频调速控制图见下页图2，Y和N分别表示满足和不满足条件情况。在带式输送机通过变频系统改装后，按照煤炭开采量进行实时速度调节和隐患报警。

图2 输送带变频调速控制图

3 应用情况

沙坪煤业18204工作面运输巷带式输送机利用2台功率为1 600 kW的驱动电机带动，2台电机均安装在皮带机头位置。在改造之前，输送机采用软启动方式，但在生产过程中经常出现输送带磨损情况，投入成本较高。该矿井带式输送机参数如表1所示，驱动电机参数如表2所示。

表1 带式输送机参数

表2 驱动电机参数

为了解决皮带磨损问题，对带式输送机进行了高压变频器改造，利用两级控制模式，实现输送机实时变频调速。

两级控制结构见图3。其中1台电机起主控制作用，而另1台受变频器控制，2台电机始终保持同步运转。为了确保对2台电机的运转速度进行精准控制，利用速度传感器对电机进行监控，将转速误差控制在0.8%以内。采用两级控制系统既可以对远程控制命令进行收集，也能顺利执行自身指令。通过加装变频器后，大大提高了运输系统自动化水平，同时还减少了能源消耗。在3个月的试用期间内，输送带维护量明显减少，磨损程度显著下降。

沙坪煤业18204工作面带式输送机没有进行变频调速改造之前日耗电约29 000 kW·h，对其进行变频调速改装之后，日耗电量降至约20 000 kW·h，约节省功耗31%左右。按照0.67元/（kW·h）的电价进行计算，该输送机可节约电费6 030元/d，年节约资金220万元。输送机通过变频系统控制后，在启动和运行的过程中更加平稳，输送带磨损显著下降，提高了输送带的使用寿命，较少了维护费用。

图3 两级控制结构示意图

4 结语

带式输送机是矿井最重要的运输设备之一，对矿井高产高效生产具有重要意义。通过对沙坪煤业18204工作面皮带输送机在生产过程中产生的问题进行分析，对带式输送机进行变频调速系统改造。利用两级控制模式对2台电动机进行“交-直-交”变频改造后，输送机可以根据实际荷载对运行速度进行调整，并实现自动隐患报警。实践证明，变频调速系统的使用提高了矿井运输系统的自动化水平，实现了带式输送机运行的精确控制，同时节省了电能消耗并较少皮带磨损，具有较高的经济效益。