皮带运输系统中变频调速的应用

皮带运输系统中变频调速的应用

芦亚斌

山西约翰芬雷设计工程有限公司陕西分公司，陕西 西安 710068

摘要：为了解决煤矿主皮带运输系统液力耦合器的缺点，如调节速度时启动有较大电流，无法实现同步控制等，本文针对煤矿主皮带运输系统中变频调速的应用做出了进一步探究，对液力耦合器和变频调速技术进行了比较分析，提出了改进措施，有益于能源资源的节约，提升企业经济效益，也可为相关人员提供参考。

关键词：皮带；运输系统；变频调速

前言：变频调压技术，具体来说便是优化交流电电动机，使得调速的目标得以实现。变频调速系统具有一定的环保性能，不会消耗大量的能源资源，且调速较为简单，故障发生率低。所以，由于该项的关键技术的广泛应用，在煤矿主皮带运送体系中有着很普遍的使用。煤炭公司根据各个的生产环节，一般都会采用一定功率的发电机，其种类主要包括提升机、各类输送机、掘进设备和采煤设备等。其中，提升机对于变频调速的应用十分关键，是保障运输过程的关键原件。现在，因为科技力量的进步，变频调速技术更加成熟，所以起到的价值作用更加突出。

1. 煤矿主皮带运输系统

煤矿主皮带运输系统，具体来说就是运用皮带的无极运动对物品进行搬运的一类机器。皮带式运输系统的主要优点是，拥有较长的运送距离且运输能力也较强，无较大的工作阻力，安全便捷，也不需要耗费大量的电能资源[1]。但是，在矿井中对其使用时有着具体的规定，比如使用时在斜巷道中，也有着很严格的规定，比如：当向上运输时，倾角不得大于18°，而一旦超过了18°时，货物下滑的情况会比较严重，甚至无法运输货物。主皮带运输系统的驱动设备，主要由电动机、液力耦合装置、减速机、联轴器等所构成。液力耦合器会使动力源（一般是汽车引擎或电器）与工作机械产生有效联系，之后再利用液动量矩的改变传递扭矩的液力传动设备。结构简图如图1所示。但随着技术的提升，发现了液力耦合器的缺点和不足，需要进行改造。现在，应用变频调节，使得液力耦合器存在的不足得以改善，不但节约了能源资源，还提升了工作效率，帮助企业增加经济收益[2]。

2、变频调节技术原理以及优势分析

若变频调速系统并没有太大的数值改变，则在电机当中的速度和电源功率变化属于正比关。而在该过程当中，如对电动机的电源频率加以均匀变化，便能够让电机稳定运转的效果达到。变频调速，需要通过零件变换为恒定的电流频率，将之转变成能够进行调整的电流装置。在很多煤矿运输系统中，都会对电气传动控制系统加以设置。通常该控制系统都会利用切换电动机转子形式，达到调速的目标。其中，调速的方法并不困难，但是不能满足最佳的调速性能效果，还会对大量的电能资源进行消耗，所以电机转阻电子不能将能源的价值充分发挥出来。变速调速系统属于一类无级调速系统，它并不是非常复杂的动作，但能使整个控制系统的工作过程十分平稳并保证了安全性，它没有对大量的资源能源加以耗费，而是在对资源能耗加以节省的基础上，有助于公司达到环境保护的目标。在起动时，由于有相对较小的电压差产生，并没有过多的电流影响电机，从而使电动机及装置受到了良好保护。所以，变频器自动调速系统在目前的煤矿等主皮带力运输系统中，仍然有着很普遍的使用，也是未来的发展趋势。

3、变频调速以及液力耦合器对比分析

3.1、启动性能比较

当开启主皮带式运输系统时，便会有一定的电压差产生，从而有电力负荷，这样便会影响机械设备。如果影响的持续时间较长，还会造成发电机故障，使其发生损坏。使用液力耦合装置，可以使热启动的速率减小，而不会使电流密度的变化有所改变。当对电流起动时，输出电压是规定的五倍，如果瞬间起动，便会迅速增加发电机内的热应力分析，使电动机械发生严重损伤。另外，瞬间加大电流，还会对电流产生较大负面影响，其他装置将无法正常工作。通过变频调压，能够使上述的问题有效地减少，在保持平稳工作电动机的过程中，对启动功率开启控制，不仅不会造成不利影响，还会使用电配额降低。

3.2、调节控制以及运行状态比较

液力耦合器通常会有比较长的指令响应时间，并且没有很高的调制准确度，使得动态调整常常无法完成，但是变频调整速度却能够让动态调整比较精确的实现，可以根据具体的实际需要，达到控制调整速率的目标。液力耦合剂并没有非常复杂的结构，只是不能对管理效果给予保障，在长期使用之后，最常见的问题便是温度过高，所以后期有较高的维护频率，一旦在运行时有问题产生，便需要将运行即刻停止，因此会对生产效率产生不良影响。变频调节运行十分稳定，维修量较少，对于生产环境也没有太高的要求。

3.3、节能效果比较

变频调速系统具有相当理想的节电特性，这也就是当正常使用设备时，输出功率并没有对其产生负面影响，甚至在较低的输出功率环境下，也能够有相当高的效率。但是，液力耦合装置在正常工作时根据电机速度开展工作内容，因此如果降低转动机速度，便会减少工作效率。所以通过比较分析看出，变频调速能够对大量的能耗资源实现节省，有助于中小企业提高经济效益。

4、变频调速应用在煤矿主皮带运输系统中的措施分析

某煤矿针对主皮带变频系统进行了改造，如图2所示。

图2、主皮带变频系统改造

该煤矿使用了变频器调速系统，对6.6kV的变频器输出电流加以配置，而该变频器调速系统与发电机之间有着约七百m左右的间距，本身额定电流约为6kV。另外，在主皮带输送系统当中，会对1600千瓦功率的发电机加以配置，数量约为3部，有2部署于同轴联结的，另一台则需要就近架设。同时，公司还会对相符合的PLC控制器进行选配，并应用"一拖一方"的形式开展运行工作。为对自动变频器工作的稳定性予以保证，并使之一致于发电机的转速，可使皮带的启动更加平稳。

在对变频器调速应用研究之后发现该系技术的主要优点包括：其一，能够协助公司对大量的资源能源作出有效节省，因为每一个项目都会节约公司巨大的融资额度；第二，变频调速技术的工作稳定性十分强，不论输出功率或输入功率均非常平稳，为高精度驱动方式，其装置不是很大的体积，在配置时并不繁琐，且配置也较为简单，能对管理效能充分的保护；其三，针对电网波动具有很大的适应性，即便在运行时降低电压，也能保证正常的工作运行。

结语：综上所述，由于变频调速技术的广泛应用，具有很大的应用发展前景，在当前生产中被逐步推广使用。煤炭企业中，对于大功率电机的应用次数会非常多，借助变频调节技术，有益于强化电动机的功能效率，减少对能源资源的消耗，且应用之后的维修次数也有所减少。现在，在变频技术有了更高的发展之后，因为技术有所创新和提升，将变频调节技术应用在煤炭企业，可充分利用其优势对工况点进行改善，有益于煤炭企业经济效益的提升，保障未来的发展和建设。

参考文献：

[1]李晓晋. 煤矿主皮带运输系统中变频调速的应用[J]. 当代化工研究,2021,(18):45-46.

[2]易铭,黄远民,杨曼. 变频电机驱动皮带运输系统研究[J]. 佛山科学技术学院学报(自然科学版),2020,38(06):53-57.

[3]武艳军. 自动运行节能技术在变频带式输送机上的应用[J]. 机械管理开发,2020,35(10):223-225.

[4]郭忠彬. 煤矿主皮带运输系统中变频调速的应用[J]. 石化技术,2019,26(11):388+390.

[5]王晓伟. 基于模型驱动的带式输送机变频调速控制系统[D].山西大学,2015.

[6]常春,刘鹏飞,幸奠军. 负载智能跟踪监控技术在皮带运输系统中的设计与应用[J]. 煤矿现代化,2013,(03):68-70.