带式输送机节能系统优化设计

2022-09-25贺红宙

机械管理开发 2022年8期

贺红宙

（山西宏宇诚铸建设工程有限公司，山西大同 037000）

引言

带式输送机是一种广泛应用于物料输送上的机械设备，具有运量大、经济性好的优点，随着输送机系统不断朝着高带速、大运量、长距离方向发展，输送机系统的整体结构日趋复杂，多电机驱动输送机系统已经成为主流，在实际使用过程中暴露出运行能耗高、启动冲击大、调速性能差、电机驱动功率不平衡的问题，已经成为限制物料输送经济性和可靠性进一步提升的关键因素，因此迫切需要对带式输送机的控制系统进行优化，提高其节能性及运行可靠性。

结合带式输送机系统运行特性，本文提出了一种新的带式输送机节能系统，该系统以变频调速为核心，实现对输送机在运行过程中带速的灵活调整，同时为了满足对传统采用异步电机驱动系统输送机的改造需求，提出了CST 改造方案及多电机功率平衡控制方案，实现了带式输送机运行过程的灵活调整。根据实际应用表明，新的控制系统能够将输送机运行时的能耗降低11.4%，有效地提升了输送机在运行过程中的稳定性和经济性。

1 变频调速控制系统

由于输送机系统多数采用了异步电机驱动控制，在运行过程中的电机驱动转速和供电频率之间的运行关系如式（1）所示[1]：

式中：n 为电机驱动转速；f 为供电电源频率；s 为电机运行转差率；p 为电机极对数。

由式（1）可知，电机运行时的转速和供电电源频率成正比关系。因此要对输送机的运行转速进行调整，可以通过调整输送机驱动电机的供电频率来实现，对供电电源频率的调整可以通过变频器实现，通过变频调速技术，能够实现输送机系统运行带速的灵活、可控，提升了调节效率和可靠性。

为了满足输送机运行时灵活、可靠的调节需求，输送机的变频调速系统主要包括了变频电路、控制电路、传感器及控制电压等。变频电路主要采用了“交-直-交”的控制结构[2]，首先将交流电转换为直流电，然后将电能存储在直流中间电路内，然后再通过逆变电路将存储的直流电源再转换为交流驱动电源，其整体控制结构如图1 所示[3]。

图1 输送机变频驱动系统结构示意图

由图1 可知，在进行控制的过程中，系统首先对从监测传感器处返回的控制信号进行分析处理，然后对整流电路和逆变电路进行调整，根据带式输送机目前的运行情况匹配最佳的调整频率，当输送机在空载或者出现异常后，能够自动进行报警，实现对输送机运行状态的及时调整。该控制电路中传感器主要用于对电机运行状态、系统内的电流、电压值等进行监控，保证对输送机运行状态判断的准确性。

2 变频调速硬件系统改造

本文主要对基于异步电机控制的输送机系统的变频调速硬件改造方案进行研究，为了提高整个控制系统的调节精度和可靠性，用新的PLC 集成式控制系统取代了传统的继电器和接触器结合的控制模式，其变频调速硬件系统结构如下页图2 所示。

由图2 可知，在该系统中通过PLC 集成控制，实现了对变频器、电动机、耦合器及减速器的灵活控制，确保了对输送机运行带速的灵活调整。

图2 变频调速硬件系统结构示意图

3 功率平衡控制

目前长距离输送机均采用了多电机驱动控制模式，所使用的电机一般为交流异步电机，在输送机运行过程中无法对各驱动电机的驱动功率进行准确控制，因此通常采用扭矩控制或者电流控制的方式来实现对驱动电机的运行功率进行调整，但系统所配备的扭矩传感器的体积巨大，甚至是超出了电机的整体体积，因此通过转矩控制的方法在输送机高功率运行的条件下应用稳定性极差。而通过电流来控制的方式，对电机制造的一致性极高，而且对电网的供电稳定性要求较高，在应用过程中的准确性较差，导致多电机驱动过程中功率平衡性极差，电机频繁出现过载或者烧毁现象，严重影响了输送机系统的运行稳定性，因此在进行输送机设计的过程中需要重点对输送机的功率平衡控制系统进行研究，确保输送机在运行过程中各电机运行功率的平衡性。

在经过对多数功率平衡调节方案进行对比分析后，发现采用变频驱动的方式能够较好的适应长距离带式输送机的工作需求，不仅能够有效地提升电机的控制精度而且也能够降低驱动电机的运行能耗。因此在采用驱动控制系统内配置无速度传感器的变频控制器作为控制驱动电机运行的核心，控制主驱动电机的变频器为主变频器，控制从动电机的变频器为从动变频器，该功率平衡控制系统的整体结构如图3 所示。

由图3 可知，在该控制系统中，从主变频器输出控制信号，对输送机驱动电机的电压和电流情况进行调节，主变频器能够进行转速调节、磁铁调节和输出转矩，同时能够通过特定的算法将定转矩信号传输给各指定的变频器，控制各指定变频器对各从动电机转矩的控制，从而保证了带式输送机系统中各个电机输出占据的一致性。通过保证各驱动电机输出转矩的一致性，进而实现了对各电机输出功率的动态调节，保证了各电机输出功率的平衡性，有效避免了电机因功率不平衡导致地损坏。而且在采用变频驱动控制模式后，能够根据带式输送机的实际运行状态对输送机的运行速度进行动态调节，避免了带式输送机定转速运行时所存在的功耗大、运行经济性差的难题。

图3 功率平衡控制系统示意图

在新的输送机制动系统投入使用后，对优化前后的运行情况进行监测，优化后，输送机的运行稳定性和制动性可靠性得到了显著地提升，同时输送机运行时的耗电量比优化前平均降低了11.4%，每年节约用电成本约为80 万元，解决了传统大倾角输送机系统运输稳定性差、制动可靠性低的问题，为提升大倾角输送机的运输稳定性，奠定了基础。