同步变频驱动控制技术在带式输送机中的应用

2021-04-12陈健健

山东煤炭科技 2021年3期

陈健健

（沁和能源集团有限公司，山西晋城 048000）

带式输送机是煤矿井下开采过程中经常使用的重要装备之一，其驱动方式有多种类型，目前，在我国大部分地区煤矿通常配备的带式输送机驱动控制系统为CST 可控驱动系统。虽然该驱动控制技术能够较好地保障井下带式输送机的平稳高效启动和运行，但在实际应用过程中依然存在耗能大、故障率高、成本高、不能实现高低速变换运行等问题[1-2]。而变频传输控制系统能够很好地解决CST 可控驱动系统存在的不足，并且可以有效提升带式输送机的安全运行性能。

1 带式输送机驱动系统特点分析

1.1 传统带式输送机驱动系统

随着煤矿开采技术的不断提升，煤矿开采能力不断增强，带式输送机逐渐向长距离、大运量、大功率方向发展，其配套的运行驱动方式也逐渐升级换代[3]。目前，煤矿带式输送机通常使用的CST 可控驱动系统存在有许多不足之处，具体表现为：

（1）大功率带式输送机运行速度很高，长时间高速运行容易造成带式输送机磨损严重，在使用过程中需经常更换胶带。

（2）在实际生产过程中，因工作面出煤量存在不均衡性，造成带式输送机的运输量经常出现变化，若其在运行过程中一直处于高速运行状态，容易造成电能浪费。

1.2 变频驱动系统特点

如图1 所示为变频驱动系统传输示意图，具备的特点主要有以下几个方面[4-5]：

（1）启动平缓，减小带式输送机启动时冲击对胶带的伤害。变频驱动系统能够优化带式输送机的启动过程，驱动电机在变频驱动系统中的变频器控制作用下，可以使其从零速开始缓慢启动，并带动带式输送机缓慢启动运行，使带式输送机真正实现软启动运行。

（2）实现多机联动平衡控制。带式输送机利用变频器驱动系统进行驱动运行时，可以通过总线通讯方式将多个变频器联接起来，设置一个主机，实现多个变频器的主从联动，使多台电机同时运行时功率能够达到平衡状态。

（3）可实现驱动系统的实时精准调控。采用多台变频器驱动系统时，利用主机变频器对从机变频器的自动开停、速度及制动等进行实时操作控制，可以实现根据带式输送机输送的煤量大小情况实时调整电机输出功率和力矩大小，保证带式输送机能够恒速运行。

（4）具备自检模式。变频器具备检验带式输送机运行状况的功能，提前设置好检验胶带的频率，将胶带运转速度调整为低速状态，对带式输送机的损耗情况进行完整检验。

（5）具有节能降耗作用。

① 能够根据带式输送机载荷量的大小进行实时调控运转功率，降低机械元件的磨损，减少用电量。

② 能够将整个运输过程中的胶带机功率因数提高到0.95 以上。

③ 可以将电机与减速器直接进行联接，传递效率提高5%～10%。

图1 变频驱动系统传输示意图

2 变频驱动系统的实际应用

2.1 矿井实际应用情况

南凹寺煤业30405 综采工作面运输巷走向长2100 m，安装一部带式输送机。该部胶带为新购设备，其驱动源采用的是在胶带机头和中间部位各安装3 台500 kW 电动机+6×BPJ-500/1140 型变频器。机头部位电机和变频器与中间部位安装的电机变频器距离约为1000 m，中间采用光纤进行连接，形成传输网络。该套带式输送机的驱动调节系统和运行保障系统主要是由变频器、电动机、减速器油泵、转换开关、张紧部件、通风机、操作台和带式输送机各部位安全构件等组成，其中，变频器是整个系统的调节中枢。安装在该部带式输送机上的6 台变频器通过光纤连接组建成总线传输网络，将前端的1 号机设置为主机，后端其余的5 台机作为从机，使用操作台操控1 号主机，其他从机跟随主机进行同步运行，形成了运输传动系统的动态功率平衡，从而实现对带式输送机的运行速率调控、启停机等操作配置。带式输送机变频驱动系统驱动调节控制操作平台及配置示意图如图2。

2019 年8 月该套变频驱动系统开始在30405 综采工作面运输巷带式输送机上安装使用，通过一年多的平稳运行，使用效果良好。

（1）带式输送机在开停及运行过程中，变频驱动系统能够将设备的各类故障报警、输出和录入状态、调控方式及设备连接、运行状况及相关参数在操作平台上实时进行显示，便于操作人员的操作控制。

（2）变频器设置多重保护手段，只有所有保护全部检测完成并确认安全后才会控制带式输送机启动运行，否则无法启动。

（3）变频驱动系统能够对带式输送机电机的水温、胶带故障原因及设备的连接、运行状况进行实时监测，从而对带式输送机启停及运行起到保护作用，实现设备的平稳运行。

（4）若带式输送机重负荷运行过程中因故障停机时，可以实现带式输送机的重负荷平稳启动，不需要安排人员将胶带上的煤清理掉再启动，减轻了人员劳动强度，提高了工作效率。