1、变频技术在井下胶带运输系统中的应用摘 要煤矿企业逐渐向大型化千万吨矿井发展，胶带机运输系统在煤矿生产中起着关键性作用，胶带机控制系统是否优越、可靠，从某种意义上说，决定了一个煤矿的生产能力大小和自动化程度的高低。该文就变频技术在煤矿井下胶带运输系统中的应用进行了具体的分析。 关键词变频技术 井下胶带运输系统 应用 中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0262-01 随着国家工业化进程的加快，煤矿、电力、石油等能源需求量在不断增加，尤其是煤矿大量应用于发电等场合，越来越多的企业投入到煤矿开采中，因而现阶段煤炭资源已趋于饱和。为降低煤矿开采的
2、成本，减轻煤矿企业运营负担，当前煤矿企业多采用胶带输送机运输，并引进变频技术改善其运行速度，从而实现高效、节能。 1 井下变频技术 制约变频技术在煤矿井下广泛应用的主要原因是防爆和散热之间的矛盾。作为变频器的主要逆变模块 IGBT 是发热最多的器件，据专家计算：逆变模块约占整个变频器所有散热量的 70%；整流模块发热占整个变频器的 25%；剩余的其他 5%发热元件所产生的热量仅为 5%。目前，在散热技术方面，开始采用国外高效能热管散热技术，其极低热阻的高效散热性能，优越的双面散热形式使主要散热得到解决，最大散热能力达到500kW/1140V 变频器的散热需要。采用热管直冷式散热技术的隔爆变频器
3、便于移动，导热率达到 95%以上。这样对防爆体不需要外加通风装置或外接循环水，便解决了防爆与散热之间的矛盾。为了适应井下电网的中性点不接地系统，采用特殊的中性点不接地吸收结构，同时采用正负母线密贴的低电感母线技术，增强直流侧的吸收能力，抑制逆变器高速开关形成的叠加电压。 针对煤矿井下的特殊环境，变频器除了在箱体结构方面采取了相应的防潮、防滴水措施外，在主回路方面加大了爬电距离与电气间隙，在控制回路方面，所有的控制板均采取了特殊的防潮措施。变频调速装置采用元速度传感器的矢量控制方式，实现精确的磁场定向矢量控制。元速度传感器的矢量控制的基本控制思路，是根据输入的电动机参数，按照一定的关系式分别对基
4、本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值与检测值达到一致，从而实现矢量控制。采用无速度传感器矢量控制方式的变频器不仅在调速范围上与直流电动机相匹配，而且还可以控制异步电动机产生的转矩，以保证在低频运行时输出额定转矩。 2 胶带输送机在煤矿中的性能要求 在煤矿运输系统中使用的多为钢丝绳芯带式胶带输送机，其可进行长距离传输，且具有承载和牵引双功能，可简化煤矿的运输系统，并保证传输效率。然而钢丝绳芯带式胶带输送机在运行时，其对牵引力、驱动速度等方面有较高的要求，除满足普通用带式输送机的软启动、功率平衡、重载启动等技术
5、要求外，对调速特性及负力制动方面也有严格要求，因而其运行可使用直流调速技术加以驱动。然而在实际使用中发现，直流电机及调速系统存在无法防爆等不足之处，因而当前多利用交流变频调速系统在胶带输送机的使用以改善上述问题。 2.1 功率平衡性要求 因钢丝绳芯带式输送机适用于长距离运输，其需使用多个交流变频电机进行驱动，并在驱动滚筒与胶带的摩擦力作用下实现整个胶带输送机的运行。若是功率不平衡，则可能引起电机负荷出现分配不均匀情况，因而会加剧驱动装置的磨损程度，严重情况下可能会损坏电机，因此需严格控制胶带输送机的电机驱动功率平衡问题。 2.2 胶带输送机的无极调速要求 钢丝绳芯带式输送机在煤矿生产中主要承载
6、长距离运煤及验绳等多种功能，在不同应用场合下对输送机中胶带的运行速度有着不同的要求，并能保证运行速度的稳定性，在进行速度调整时能平滑调速。 2.3 软启动及功率平衡重载启动的要求 在上述中提到，因胶带输送机中的胶带是弹性材料，因而能进行储能，在胶带输送机工作启动时，在未具备软启动功能的情况下，胶带极有可能会因能量的释放而发生滑动，进而影响其正常运行；另外输送机在使用时，不可避免会发生带载停车现象，因而要求其具备重载启动的功能，以保障设备的正常工作。 2.4 驱动系统的制动性能 带式胶带输送机在正常工作状态下，电机的输出转矩与所带的负载转矩保持平衡，然而当制动时，电机的动力矩突降为 0，输送机的
7、减速加速度是比较大的，考虑到输送机系统的惯性较大，减速冲击对系统的各个设备的破坏是比较大的，并可能引起输送机与运料间发生相对运动而发生事故，因而需对系统的制动加以优化。 3 变频调速在节能方面的作用 煤矿作为耗能型企业，每天需要消耗巨大的电能、水资源等。为响应国家发改委提出的“节能减排”政策，补连塔煤矿正在努力转型，矿内将节约电能作为“节能减排”的首要任务。目前，变频调速作为节约电能的一个重要手段。一方面，交流拖动负荷在总用电量中占有很大的比重，对这类负荷实现节能，可以获得十分可观的节电效益；另一方面，交流拖动本身又存在着很大的节电潜力。在许多交流拖动装置中，交流电机及其所拖动的机械在选用时往
8、往都留有一定的裕量，而且也不总是在最大负荷情况下运行；在轻载时，通过对电动机的速度控制改变某些工作机械的工况，就可达到节电的目的。在大容量、高电压电动机驱动的运输机、采煤机、胶带机上推广应用变频调速技术绝对可以达到节约电能的目的。理由很简单，在节电率百分比相同的情况下装机容量愈大，其绝对节电量也愈大。 4 变频技术在综采工作面运输机上的应用 综采工作面刮板运输机工作条件恶劣，存在停车的随时性。刮板运输机链条刮板运动的静摩擦力很大，特别是刮板输送机停机后，还有片帮煤给刮板运输机加载产生“压溜” ，造成设备难启动。井下又受到了电网容量的限制、空间限制、同时又处于爆炸性气体与煤尘的环境中，使解决井下
9、大型运输设备的重载难启动问题更加艰难。刮板输送机的启动控制有以下要求： 1）尽可能小的启动电流，以减少对电网的冲击、减少电机发热和供电系统的影响。 2）由于刮板输送机启动初始为吸收间隙的空载运动，要求电机此时转矩要小，速度要慢；由静止转为运动时，要求电动机有足够大的转矩来克服静摩擦阻力，并且能有平稳提升的起动转矩和符合要求的机械特性曲线，逐步加速；克服静摩擦后，负载会明显减少，此时电机的力矩提升又相对变慢，这样才可实现平稳启动。变频启动也是一种软启动，是交流异步电动机理想的启动方式。它既具有软启动的特点。又可在电机正常运行时调整频率。它把电力配电网 50Hz 恒定频率的交流电变成可调频率的交流
10、电，供普通的交流异步电动机作电源用。由于变频器采用电压频率按比例平滑上升的控制方式，能提供低频起动转矩，有利于电动机平稳启动，且可控制启动速度，是一种真正的平滑软启动方式。同时它保持了电动机的硬机械特性。与其他启动方式相比，启动电流小而起动转矩大，对设备无冲击力矩，既不影响其他设备的运行，又有较理想的启动特性。 利用变频启动的刮板机可以大大减小大功率电机的启动电流，减轻对电网的冲击，同时不产生较大的电压降，可以提高电机的使用寿命。变频启动可以实现无级调速，可以使刮板链条张力平缓增大，减少刮板链条及其他附属设备的磨损。大大地提高了设备的使用寿命。 5 结语 胶带输送机具备高电压、大功率的特点，在煤炭运输中发挥着重要作用，作为煤炭运输系统中的喉咙，胶带输送机非常关键，对保障煤炭运输工作的正常进行起到关键的作用，在以往的运输中，胶带输送机常常会处于空载或者轻载的情况下，这就耗费了大量电能，造成了资源浪费，变频技术的应用，保障了胶带运输机安全高效可靠运行。由于其优越的软起动、软停止，减少了胶带损伤，延长了胶带运行寿命；在节能方面，实现了带速随负荷的变化而变化，避免了电能损耗。
