变频调速技术在煤矿运输机中的运用李进

变频调速技术在煤矿运输机中的运用李进

李进

(平顶山天安煤业股份有限公司十矿北翼机运队河南平顶山467000）

摘要：所谓“变频调速技术”，主要是通过改变交流电机定子的供电频率，达到改变电机转速的目的。它属于一种综合性技术，包括电机传动技术、计算机技术、电子技术、机电一体化技术和强弱电混合技术等。在应用过程中，该技术需要借助电力半导体的通断功能将工频电源转化为设定频率的电能控制装置。工频电源通过整流桥的整流作用后得到直流电压，再通过逆变器将其转化为相应频率、电压可调的交流电压，这就是交流电机的驱动电源。通过这种调节可实现无附加转差调速，电动机得到无极调速电流和电压，从而实现自动平滑调速，大幅度提升机械工作效率。

关键词：变频调速技术；煤矿运输机；运用

1导言

随着我国社会经济不断发展，电子技术在煤矿企业生产活动中的应用愈发成熟。变频调控系统在皮带运输机中的应用提升了煤矿运输环节的工作效率，推动了我国煤矿企业生产、运输活动的发展与进步。变频调速技术主要是基于变频调控技术对速度的控制优势，结合煤矿运输系统的实际需要而融合的一种全新的煤矿运输应用技术。

2矿运输机变频调速控制特点分析

2.1矿井运输机特点

对矿用运输机负载特性进行分析可知，其显著的特点就是恒速负载。所谓“恒速负载”，指的是运输机在不同低速扭矩下工作时速度保持恒定。在矿井生产过程中，运输机负载会随着运输货物的变化而变化，此时运输机负载电阻也会发生变化，并且扭矩在一定范围内产生波动，但煤矿运输机的恒速负载特性并不会发生变化，运输机仍然保持均匀运转。煤矿运输机系统比较复杂，并且线路往往较长，最长可达到几十千米。运输机可长期低速运行，输送模式主要有零功率和电源、接近零功率和负电源2种。变频驱动系统具有矢量控制功能，能够同时实现高速运转和低速长期运行，并可根据速度反馈实现对运输机速度的监控和调节。另外，在实际生产中，变频驱动系统还具有张力测量和控制功能，能够最大限度地保障运输机运行的稳定和可靠。

2.2运输机变频调速控制特点

应用变频调速技术后，煤矿运输机可实现软启动、重载启动和多电机驱动下功率的平衡，并能够大大降低运输系统故障率和耗能率。变频调速技术主要通过提高系统功率因数和效率来达到节能的目的，功率因数高于0．9，可有效避免在运输负载较小的情况下满电压或满速度启动电机；同时，还减少了液力耦合器和减速器的使用，提高了传递效率(相较于液力耦合方式最高可提升10％)。

3变频调速技术

3.1运用变频调速技术的必要性

变频调速技术是根据三相异步电动机随频率变化的特性，通过改变交流电机的供电频率进行调速的一种技术。因其稳定、高效的特点，在煤矿生产中得到广泛应用。20世纪90年代以前，中国煤矿运输机多是通过电动机拖动的，如水泵等设备都采用电动机拖动，而超高的维护成本使煤矿运输工作滞后，甚至影响设备的使用寿命，因此变频调速技术应运而生，结合计算机技术与智能控制技术的变频调速技术具有稳定的系统、先进的调速方式，因此在煤炭生产领域得到迅速推广，改变了煤矿生产领域落后的现状。

3.2变频调速系统的组成

变频调速系统是由变频器主体、电抗器及辅助器件组成，通过各器件之间的配合完成对电动机的速度控制。此外，变频调速系统还具有自动调控功能，能够实现多电机驱动功率平衡，在一定程度上提高了变频调速系统的可靠性。

4变频调速技术在煤矿皮带运输机中的应用优势

4.1有效降低电能耗

在煤炭运输系统中，皮带运输机的应用电机功率是3×250kW，按照每个工作日需要运转12h计算，若按照传统皮带运输机的应用原理设计，在开启时直接启动机器，启动后让电机全速运转，而井下的煤仓产煤量无法及时满足皮带运输机的全部运输需求，导致皮带输煤量不足，直接降低煤炭企业的经济效益，提高了煤炭生产活动的运作成本，既不利于企业盈利，又浪费电能。而将变频控制技术应用于煤炭运输系统中，调整拖动电机运转状态，提高皮带运输系统中运输量与煤炭出产量之间的适应程度，利用变频器将运输系统的输出率调整为39～40Hz，可以适当降低电机转速，有效降低运输系统的运行电压与电能消耗。

4.2延长运输机械使用寿命

在传统的煤矿皮带运输系统中，由电机直接起动、全速发动设备，无法对传输速度进行调控，在运输机的启动过程中，对电机、电网及传动机械设备产生强烈冲击，造成机械设备的严重磨损，缩短运输设备的使用期限，且增加了设备维修次数，提高了运输系统的整体维护成本。此外，传统皮带运输系统的启动方式也会影响到系统中控制设备的使用情况，如空气开关、真空接触器等，致使这些设备频繁更换，增加设备的维修费用。将变频控制系统应用到皮带运输机后，皮带运输机具备了软性启动功能，预留了逐步启动的时间，有效避免了机械磨损，提高了机械使用寿命。

4.3降低运输设备的维护成本

在皮带运输机中应用变频控制技术，主要就是通过变频器将机械使用期限转化为电子使用期限，延长了运输系统的使用寿命，减少了设备维护次数。除此之外，变频控制技术中的软启动功能能够实现输送系统的软启动，降低机械在启动过程中的冲击，有效减少了煤矿皮带运输机的年检修量，节省了很大一部分检修费用，降低了煤矿运输设备的维护成本。

5变频调速技术在煤矿运输机中的应用

煤矿运输机运行是一个复杂的系统性工程，主要由机械系统和电气系统组成，具有荷载重、转速高的特征。为了防止皮带打滑等问题发生，运输机通常会启动制动，使皮带的动态张力增大，这样一来不仅能够提高运输带的速度，还能增加传送带表面与滚筒之间的摩擦力，进而增加传送带与滚筒之间的速度差，防止传送带打滑，提高煤矿运输机的安全性。

5.1煤矿运输机的工作流程

煤矿运输机皮带的张力是由运输机工作的初级阶段决定的，在启动的一瞬间，传动滑轮会带动静态电阻来回运动，使静阻力变成动阻力，产生输送机的震动。为了提高输送带截面内的动张力，要增加负载张紧装置，一方面，能够减少运输机运行过程中的不稳定状态。另一方面，能够增加皮带初始张力，促进提高煤矿运输机的运输的能力。

5.2帮助输送机实现功率平衡

在非稳定状态下，输送机的张力大小与组转矩的传输速度有一定关系，因此要控制输送机的附加动张力，首先要改变煤矿输送机的运行属性，将动张力与静张力叠加在一起，从而保持输送机稳定运行。加入变频调速技术控制后的系统在电机运转时，变频装置能够帮助输送带滚筒按照系统事先设定好时间，慢慢增加转速，提高输送机启动过程中的平稳性，减少电机转运受到的磨损，从而提高煤矿输送机的使用寿命。

5.3智能调速功能

变频调速系统还可以进行智能调速，通过对输送带上的情况进行监控，利用感应技术与通讯技术，实现对输送带速度的智能调控，此外，智能调速系统的应用还大幅度化解了传输带工作中存在的张力与能量，让整个运行过程趋于平稳，减少了对机械造成的损毁，提高了煤矿输送机正常运行的能力，在一定程度上给煤炭企业带来经济效益。此外，加入变频调速技术还能够减少不平稳的运行状态，避免了大部分因为皮带断裂引起的事故。

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