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变频技术在带式输送机远距离运输中的应用

发表时间：2021/5/10 来源：《基层建设》2021年第1期作者：吕元杰

[导读] 摘要：传统的带式传输机控制系统存在传动效率较低的问题，其大多数采用的是工频拖动技术和液力偶合器传动，在运行的过程中电动机功率不稳定、启动电流冲击较大，这样不仅会降低运输效率，还会降低设备的使用期限。

        国家能源集团神东煤炭生产服务中心内蒙古鄂尔多斯市 017209
        摘要：传统的带式传输机控制系统存在传动效率较低的问题，其大多数采用的是工频拖动技术和液力偶合器传动，在运行的过程中电动机功率不稳定、启动电流冲击较大，这样不仅会降低运输效率，还会降低设备的使用期限。基于此，本文将针对上述问题提出变频技术在带式输送机远距离运输中的应用，通过利用软启动功能，有效的降低重载启动时冲击电流较大的问题，提高传输效率。
        关键词：带式传输机；变频技术；远距离运输；调速
        引言：随着我国煤炭生产技术水平的不断提升，远距离的带式输送机应用越来越广泛。如果带式输送机长时间处于满载运输状态下，会加大启动和运输时的摩擦力，输送带长时间处于张紧状态，会加大机械设备的磨损，针对这种情况，需要通过降低加速度、增加启动动力矩的方式提高输送带的运载能力，保证启动时冲击电流平稳，平衡驱动力矩。变频技术可以对异步电动机的供电频率进行调整，从而保证主从机调速运行，降低故障发生率，提高整体的传动效率。
        一、变频技术与其他带式输送机启动方式比较
        带式输送机的启动方式主要有三种，分别为液力耦合器启动、矿用隔爆软启动器和变频驱动技术。液力耦合器启动属于液力传动，其运行效率较低，无法实现对的运行状态进行实时监控，传动效率仅为83%~85%，存在驱动功率不平衡的问题。矿用隔爆软启动器在工作中当接收到控制信号后，可以实现预先设定的平滑启动，在启动结束后，当路旁真空接触器接收到信号后，会实现自动闭合，可以实现对输送过程中的监控，但是在实际的应用过程中，矿用隔爆软启动器无法实现多机功率平衡，同样还存在着电流冲击较大的问题。而变频驱动技术通过改变异步电动机的供电频率，可以实现对运行速度的调整，从而有效的提高输送机的传动效率。因此，通过对三种启动方法的对比可以发现，变频技术可以有效的实现多机功率平衡的目的，使带式输送机做到缓缓启动，更好的保护胶带，做到根据其负载物体的重力自动调节带式输送机的运行速度，减少胶带的磨损，达到较高的工作效率。
        二、传统带式输送机远距离运输中存在的问题
        （一）安装难度大
        在很多矿井中，采用的巷道断面，其拱形断面较小，但是带式输送机的体积和质量较大，设备的活动空间受到限制，加大安装难度。
        （二）工作环境恶劣
        带式输送机长时间处于湿度较大、粉尘多的矿井中或温度较高的环境中，这样会在潜移默化中加大设备的磨损。
        （三）输送距离长
        在远距离运输中，传统的带式输送机采用调速型摩擦式偶合器连接驱动设备，带式输送机满载启动时需要的转矩较大，对供电电网的电流冲击较大，同时，不能对运行速度进行调节，导致在输送过程中张力特性较差，不能保证输送的稳定性和安全性。
        三、变频技术在带式输送机远距离运输中的应用
        （一）合理布局电气系统
        由于在矿井的供电电压较高，如果仍然采用普通的变频器和二极管会加大变频器的直流母线承载电压较大，导致变频器出现故障。因此，需要合理布局电气系统，保证变频器的电压承载在控制范围内。
        例如在实际的电气系统布局中，可以将高压供电系统与变频器共同安装在配电室内，同时还需要引入本质安全控制箱、本质安全操作台，将这些设备与低压真空磁力器安装在带式输送机的首端。

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带式输送机与变频器的通信可以通过Profinet总线实现，将其与配电室和带式输送机的控制系统保持串联状态，Profinet总线的材料需要选择阻燃防爆型光缆。带式输送机的控制系统与转载带式输送机的控制系统接口方式可以采用硬接点方式。变频器的公共电源可以选择整流回馈的方式，从而实现对直流母线的电压范围控制。这种整流回馈的方式不仅可以使变频器实现四象限运行，同时还可以使变频器达到电源要求，提高带式输送机运行的稳定性和可靠性。同时还需要在网侧配置相应的电抗箱，可以起到对变频器的谐波进行过滤，降低整流回馈方式运行过程中对电源的影响。
        （二）变频器的结构设计
        变频器的结构设计在带式输送机远距离运输中非常重要，首先需要根据实际的运输需求，明确变频器的结构要求，设计变频器的控制系统，同时还需要添加保护装置，保证变频器的正常运行。
        想要满足带式输送机远距离的运输需求，需要采用一体化设计的变频器，将变频器与隔离变压器组装成为一个装置，隔离变压器可以选择干式变压器，其具有稳定性高、维护次数少的优点。在设计变频器的控制系统时，可以将远程控制装置分成两个部分，分别为远程操作站和上位机控制系统。由于带式输送机所需输送的距离较远，因此，变频器的控制系统中需要设置保护装置，而且对保护装置的灵敏度、可靠性要求较高。首先需要配备紧急停车装置，当带式输送机在远距离输送控制阶段内如果出现故障，可以将变频器的供电电源切开，避免带式输送机的运行受到破坏。其次需要设置电机温度实时监控功能和变频器温度实施监控功能，对变频器及带式输送机的运行温度进行监控，根据其温度变化判断运行状态。如果变频器出现高温状况，需要对其施加一定的冷风，提高其运行的稳定性。变频器还需要添加接地故障检测功能，以此对变频器、带式输送机及电缆的绝缘状态进行监控。变频器在带式输送机的运行过程中可能会出现故障，对故障的影响程度可以分为普通故障和影响变频器正常工作的眼中故障两种类型，因此，需要添加故障复位的权限设置功能，当出现严重故障时，工作人员需要在维护修理过后，登录密码并确认后，才可以让带式输送机与变频器通电运行。
        （三）主机从机功率平衡与同步
        将变频技术应用于带式输送机远距离运输中，可以有效的实现主从机同步、功率平衡的效果。在变频器的应用中，可以采用矢量控制的方法进行调速。
        例如当带式输送机在双机或者多机一起控制的条件下，每台带式输送机需要采用矢量控制，通过无传感器的方式将其中的一台带式输送机设置为主机，可以采用速度对其进行控制，剩余的其他的带式输送机设置为从机，可以采用转矩对其进行控制。主机与从机之间的联系可以通过输出的电流或输出的转矩，这些参数可以作为从机在选择转矩时的参考。在从机接受主机的电流及运行频率的信息时，可以通过PID计算其与从机的运行频率之间的差异，最后根据两者之间的差异对主机和从机的功率、转矩进行同步调整，使二者达到平衡。除此之外，带式输送机的启停也是影响重载启动的因素，变频器需要采用矢量控制的软启动功能，需要将电动机的软启动与带式输送机的软启动相结合，慢慢释放其能量，减少对输送机的损害。
        结论：综上所述，通过对输送机启动方法的比较，发现变频技术可以有效的实现输送机功率平衡的目的。因此，将变频技术在带式输送机远距离运输中应用具有十分重要的意义，可以有效的提高带式输送机的运行效率，对输送机的加速时间可以任意调节，有效的降低机械设备的故障发生率和磨损，对转矩实现科学控制，降低启动时的电流冲击，提高启动的平稳性，实现主从功率平衡的目的。
        参考文献：
        [1]张磊.远距离变频技术在煤矿大功率带式输送机驱动中的应用[J].自动化应用，2020（05）：126-128.
        [2]李宁.变频技术在矿用带式输送机中的应用实践[J].机械管理开发，2020，35（02）：234-235.
        [3]肖玉龙.带式输送机改造中变频技术的实践应用研究[J].山东煤炭科技，2018（09）：126-127+130.