赵金凯1 于国新2
北京天地华泰矿业管理股份有限公司,北京100013
摘要：随着现代国内外变频调速技术的不断成熟和提高，变频器在我国矿山机电设备中得到越来越广泛的应用。某矿一区主运输送带输送原采用工频拖动，液力偶合器传动，存在传动效率低、启动电流冲击及机械冲击大等问题，造成了系统运行不经济；输送带和液力偶合器磨损严重，维修及维护成本高；由于是多电机驱动，很难做到多电机驱动功率平衡。因此对输送带运输机采用变频控制，控制系统本身良好的控制性能和完善的保护环节，能有效避免事故的发生和延长输送带电机的使用寿命。本文简要介绍了某矿一区主运输送带输送机的变频控制改造及使用情况。
关键词：变频器 输送带电机 软启动 节能
引言：某矿一区主运输送带担负着全矿的煤炭运输任务，运输量大，运行时间长，输送带的安全运行直接影响矿井生产任务能否顺利完成。该输送带原传动方式为液力偶合器配合减速机，启动电流大，启动时对机械部分磨损严重甚至损坏，且输送带加速时间短，容易引起输送带张力变化，影响输送带寿命，由于是两台电机驱动，很难做到两台电机驱动功率平衡。对该输送带进行了技术改造。改用变频控制。通过运行使用，运行安全稳定可靠，产生了较好的经济效益。
1.原控制方式及使用情况
某矿一区主运输送带带宽b=1400mm，带速v＝3.2ｍ/ｓ；设计运输能力:1000t/h；配用电机型号YB2355m2-4，功率：2×250kw,电压1140v；巷道为平巷；输送带长度2500ｍ。通过液力偶合器偶合减速机来驱动主副滚筒，然后通过滚筒与输送带间的摩擦力来带动输送带运行。初期投入虽然不高，但维护费用较大。另外输送带磨损严重，造成很大的安全隐患。
1.1变频器的原理
变频器(Variable-frequency Drive，VFD)是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
1.2华宁KTC101原理
KTC101（原型号TK200）井下通讯、控制、保护系统是我公司在KTC102（原型号TK100）工作面及胶带机通讯、 控制一体化系统基础上，重新开发研制的新一代产品。可实现综采、综掘工作面；顺槽、固定胶带机等的保护、控制、沿线通话、故障检测、汉字显示及语言报警等功能。系统采用的是嵌入式技术，上位机采用嵌入式计算机，并配有两个标准串口，串口通讯采用modbus通讯，可以与外界计算机或其他采用modbus通讯方式的设备配接实现信息共享。
KTC101原理图
2.改造方案
将原控制方式改为变频电控方式，采用矿用隔爆型调速变频器控制2台电动机，通过设置变频器的参数，将一台电机设置为主动驱动，另一台电动机设置为从动驱动，构成主从驱动系统，通过华宁KTC101主控制器配合变频器的启动。
2.1 控制系统
本系统由华宁KTC101主控制器、变频器、电抗器组成，安放于机电硐室内。华宁KTC101主控制器采用技术先进、性能可靠的可编程控制器，配以多种检测、控制组件完成输送机运行过程中应有的六大保护，各种保护和工作状态显示。输送带司机可操作主控制器的操作按钮来控制输送带输送机的运行、停止，并通过指示灯、人机界面了解输送机的运行状态及运行参数。通过操作面板，可对控制方式和运行状态进行设定，监视输送机的运行状态和运行参数的设置。
2.2 系统特点
2.2.1
华宁KTC101主控制器装置可以设定输送带的保护传感器和输送带的运行速度，配合变频器在很大程度上避免了直接起动给设备带来的机械冲击。
2.2.2
通过调节变频器的频率给检修、更换输送带等带来了很大的方便，同时结合现场的煤量情况可以降频使用，节能效果非常明显。
2.2.3
华宁KTC101主控制器通过实时检测输送机的速度，控制输送机在零速时制动器动作，自动抱闸，避免了输送机的溜车和变频器、电机过流。
2.2.4
采用变频器完成电机的启动调速，可实现带式输送机的平稳启动和调速要求外，在长时间低速运行（如验绳、验带）状态下，具有明显的节能效果。
2.2.5
变频器具备全面的故障监测、可靠的故障报警保护功能。具有直流过压、直流欠压、功率平衡等多种保护功能。
2.2.6
具备低速验带功能。验带速度为0.2米/秒～ve额定速度可调。
3.改造后的运行情况
3.1 真正实现了输送带运输机系统的软起动
运用变频器对一盘区输送带运输机进行驱动，运用变频器的软起动功能，将电机的软起动和输送带机的软起动合二为一，通过电机的慢速起动，带动输送带机缓慢起动，将输送带内部贮存的能量缓慢释放，使输送带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对输送带不造成损害。
3.2 实现输送带多电机驱动时的功率平衡
应用变频器对输送带电机进行驱动时，采用主从控制，实现功率平衡。
3.3 降低设备的维护量
变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。相应的降低了维修费用。
3.4 方便输送带检修
采用变频调速后，可将输送带机运行速度降到很慢，解决了以前由于输送带电机运行速度过快而难于检修输送带的问题，提高了输送带的检修效率。
3.5 节约能源
采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.9以上，大大节省了无功功率。采用变频器驱动之后，电机与减速器之间是直接硬联接，中间减少了液力偶合器这个环节。因而采用变频器驱动后，系统总的传递效率可提高5%～10%。在变频运行中，在运煤量不大的下或空载的情况下，可将输送带机的运行速度降低，也可节约一部分电量。
4.经济效益
4.1 节约电能
输送带机电机功率为2×250kw，平均每天运行18h左右.原设计采用直接起动，起动后电机全速运行，有时因为综采出煤量 比较大容易出现洒煤现象。使用变频器对拖动电机进行变频调速后，输送带运输机按实际需要功率出力，把变频器输出频率设为39hz～45hz，电机转速比工频速度适当降低，就可以使输送带运行速度与综采煤量相匹配，同时降低了运行电压和电流，减小电能消耗。据矿井统计，变频调速运行比直接工频运行可节约电能10％～15％。
4.2 节省维修费用
原设计采用电机直接起动，不能调速，起动过程对电网、电机和传动机械设备冲击较大，加剧了机械设备的磨损，缩短了设备使用寿命，同时也缩短了设备维修周期，增加了检修次数。直接起动也造成控制设备如真空接触器、开关等的频繁更换，这都增加了维修费用，检修也造成煤炭产量的损失。而采用变频启动后，可以实现输送带运输机软启动，对电网和机械传动设备基本无冲击，大大延长设备使用寿命。自2013年10月投运至今，一直稳定运行，除正常清洁维护外，没有发生停产检修故障，这无疑节约了维修成本又保证生产不受损失。
4.3 有效减少人力资源、降低了设备的维护量
变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。同时，利用变频器的软起动功能实现带式输送机的软起动，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了输送带机系统机械部份的检修量。除正常清洁维护，没有大量的维修工作，故不必配备许多设备维修人员。变频器操作简单方便，运行稳定可靠，每班只需1人操作即可，节约了人力资源，相应也提高了生产效率。
5.结束语
防爆变频调速装置投入运行后，赛蒙特尔煤矿整个强力输送机系统及驱动电机的事故明显下降，既延长了整个胶带输送电机系统的使用寿命，同时又保证了正常生产和生产安全，经济效益和社会效益明显。
参考文献:
[1]韩安荣.通用变频器及其应用技术[m].北京:机械工业出版社.2000.
[2]天津华宁电子有限公司KTC101说明书[Z].
[3]徐甫荣.交流异步电动机软启动及优化节能控制技术[m].《电气传动自动化》.2003.
[4]双滚筒传动带式输送机的电动机功率平衡[J].《东北大学学报》.2000.