张东
(淮北矿业集团公司朔石矿业东部井，安徽淮北 235053)
摘要：本文从变频器在皮带机控制应用中的主要作用、要求及问题的防范等进行了分析，最后谈节电效果。
关键词：皮带机；变频器；改造；故障防范
引言：近年来，变频器在煤矿皮带机中得到了广泛的应用。由于采用变频器之后方便了控制，有利于机电事故的防范，并具有较好的节电效益。因此，如今大功率的皮带机几乎都离不开变频控制了。煤矿使用的皮带机，多为双滚筒驱动或多滚筒驱动方式，且多采用一拖一控制。当采用多电机驱动时，主从控制方式也能实现功率平衡，并能保证电机的同步性能。使用变频器能降低设备的维护量。而变频器则是一种电子器件的集成，它能将机械设备的寿命转化为电子的寿命，因此就降低了设备的维护量。应用中它可降低起动冲击，其皮带机机械系统的设备损耗也能随之降低，进而减少了机械部分的检修量，尤其托辊和滚筒的寿命成几倍的得到延长。但是，皮带机对变频器有着特殊的要求，运行中也会遇到一些问题，因而必须做好故障防范。
1.变频器在皮带机控制应用中的主要作用
①软起动与软停车。以变频器对皮带机驱动，可通过电机的慢速带动皮带机缓慢启动，使皮带内部存储的能量慢慢释放，使启动过程形成的张力减小，不至于对皮带机造成伤害；在停车时，因减速度任意可调，这可将皮带机停车时产生的冲击降到最小。②功率平衡。因皮带机多为双滚筒驱动或多滚筒驱动，多采用一拖一控制。多电机驱动时，则采用主从控制，实现功率平衡，能保证电机同步性能。③降低带强。运用变频器驱动，启动时间可调，使得系统启动时间延长，这就降低了对皮带带强的要求。④有效降低设备的维护量。变频器是一种电子器件的集成，能将机械设备的寿命转化为电子的寿命，进而降低了设备的维护量。既能降低起动冲击，又能降低机械系统设备损耗，减少机械检修量，特别是托辊和滚筒的寿命得以大大延长。⑤节电效果显著。通常电机的容量裕量大，大部分时间都不能满载运行，而轻载或空载时则造成了不必要的电能损失。采用变频器驱动，这可根据负载轻重自动调节皮带速度。电机与减速器之间是直接硬联系，减少了液力耦合器环节，传递效率得以很大的提高。另外，距离变压器较远，不同时段的电压波动较大，以此就能自动稳压，达到节电的效果。
2.皮带机对变频器的特殊要求
皮带机对变频器也有着特殊的要求，而普通变频器则不可能直接用到皮带机上。其要求主要表现在以下特点：①技术指标高。启动转矩达2倍以上，在150％额定电流以下连续运行；运行速度曲线成S形，其加减速平滑；可实现四象限运行，并能量回馈；具有完善的数字控制功能。②散热性能好。变频器一般采用风冷和水冷散热、降温，井下所用变频器都在防爆腔内，风冷不便，水冷又需要一套水循环和散热系统，维护很不方便，所以散热问题突出。③电磁兼容突出。变频器工作在恶劣的环境中最易受外界干扰，输入与输出的电压、电流中含有一定的高次谐波，电磁兼容性就很关键了，要不影响变频器和周围电器设备可靠运行才可。
3.皮带机对变频器选型遵守的原则
选型要根据皮带机对转速与转矩要求，确定最大输入功率：可按下式进行：P=n.T/9950(kW)。其中，P为皮带机要求的输入功率(kW)；n为机械转速(r/min)；T为机械的最大转矩(N·m)。选号最大输入功率后，再选电机极数和额定功率。极数决定了同步转速，要求电机的同步转速尽可能覆盖全调速范围。转矩则取设备最高速等状态下的最大转矩。最后环节选变频器的参数和型号。之后再考虑变频器的外部配置。
如选择合适的外部熔断器，以保护因内部短路对整流元件的损坏（不能用空气断路器取代）；按变频器功率选择导线（三芯或四芯屏蔽电缆），连接电缆也要选用屏蔽结构的，且尽可能短，以降低电磁辐射；输入侧要装滤波器，以抑制逆变输出电压尖峰，并有利于保护电机。同时能降低电机的高频损耗和轴承电流。因滤波器上的电压降可能引起电机转矩的稍微降低，在变频器与滤波器间电缆不要长（≯3m）。
4.变频器在使用中遇到问题的防范
（1）变频器的故障。从故障严重性看，它可分显性和隐性故障。而显性故障是短路、过电流等；隐性故障则是指不明显又影响系统性能的故障（如元器件工作不稳等）。（2）显性电气故障。主要有以下几种：①短路。调速系统主回路出现短路故障时，电流值会达到额定定值的数倍，与晶闸管串联的快速熔断器会很快熔断。②过电流。过负荷会导致过电流的发生。即使皮带机都有很强的过负载运行能力，而晶闸管的过负载运行能力则较弱。因此，出现过电流故障时，调速系统的控制装置会根据实际的过载倍数，按反时限特性决定动作的延迟时间，防止过电流损坏晶闸管。③过电压。电源不稳定也会导致过电压的产生，这对晶闸管的长时间过电压运行不利。当过电压超过规定值时，控制装置会使系统停止工作，以防止损坏调速系统。④电源不对称。变频调速系统对输入电源要求较高，不对称时不仅对电机的平稳运行不利，且也是系统安全的隐患。严重时会导致控制装置误动作，以至变频器不能正常运行。（3）隐性电气故障。在皮带机长期运行时，也会使变频系统元器件老化，参数偏移，进而调速系统性能下降、可靠性降低。即使自检功能可以自检到一些隐性故障，但其能力是有限的，还是满足不了隐性故障诊断的需要。若系统性能变化，则就体现在变频器的输出电压和输出电流上（触发不可靠或晶闸管性能下降等）。某晶闸管工作不可靠，则出现不正常导通，会造成变频器不对称运行。输出也会有谐波增加，导致系统运行不平稳，这就是系统的安全隐患了。在变频器输出电压和电流上出现隐性电气故障，容易误动作或发生故障，无法满足预期的运行效果。原因：①电磁干扰。变频器长期工作在恶劣环境中，容易受外界干扰，主要是通过辐射或电源线侵入变频器内部，引起误动作，严重时甚至损坏变频器。②电源异常。主要是低电压运行，若附近有直接起动电机等，为防止造成的电压降低，应将该供电系统与其他分离，以减小相互影响；变频器与外部控制回路用瞬停补偿方式，电压回复后通过速度追踪和测速电机的检测防止在加速中的过电流；对必须运行设备，变频器要加装自动切换的不停电电源装置。③高次谐波。一般变频器都用PWM控制方式，其脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波，这会降低电机绕组的绝缘强度，造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响。通常如下处理：一是尽量缩短变频器与电机距离，可采用专用变压器供电，与其它分离；二是在变频器输入侧加装滤波电抗器或多种整流桥回路，以降低高次谐波分量。④电机温度过高。在皮带机运用变频调速改造时，因在低速运行时冷却能力下降，也会造成电机过热。⑤振动。这是因电机的脉动转矩和机械系统的共振所引起，特别是恰好一致时更严重，其机械损伤是电子器件造成。
5.皮带机运用变频器后的节电效益
例如一台皮带机的额定容量为1200kW，没用变频器时每天耗电24480kWh，用上变频器后实测耗电仅17136kWh，每天节约电量（W）：W=24480-17136=7344(kWh)。节电率(η)：η=7344/24480=30％。若每kWh为0.75元，一年节约电费为：7344×365×O.75=201.04万元。同时，改造后减少机械零部件的损伤等，年减少维护费用也不少于15万元。显然，运用变频器对皮带机进行调速改造效益是非常可观的。
结束语：井下皮带机运用变频器改造，能取得控制性能好、运行效率高、维护量小、节电等效果，又能在很大程度上提高变频器故障诊断的准确性，减少故障的发生。因此，运用变频器改造皮带机驱动与控制系统是值得推广应用的。
参考文献:
[1]鄢玉华.变频器中皮带机遇到的问题分析及应用研究[J].民营科技，2012,5:83，86.
[2]孙高峰.变频器在煤矿皮带机的应用研究[J].煤矿现代化，2010，6：102-103.