皮帶機(jī)是煤礦井下的主要煤炭運(yùn)輸設(shè)備，因此，皮帶運(yùn)輸機(jī)的安全高效運(yùn)行對(duì)于提高礦井生產(chǎn)效益具有十分重要的意義。但由于皮帶具有一定的彈性，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，皮帶機(jī)應(yīng)采取的啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng)方式。目前，很多煤礦仍采用液力耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，但由于其具有能耗高等不足，因而逐漸為變頻技術(shù)所代替。
1、某礦皮帶機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
某礦井下所使用的皮帶機(jī)采用雙機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，即采用兩臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)功率均為1400kW，兩臺(tái)電機(jī)均安設(shè)在機(jī)頭處，具體如圖1。該礦皮帶機(jī)此前采用液壓耦合器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間多次出現(xiàn)皮帶損壞問(wèn)題，增加了檢修工作量，用電成本較大。
2、變頻器工作原理
(1)變頻器將交流電變換為直流電，最初的交流電是三相或單相的;(2)變頻器將第一步變換的直流電再變換為交流電。此時(shí)的交流點(diǎn)是三相或單相的，但從交流電電壓和頻率角度講，它不同于最初的交流電，表現(xiàn)在電機(jī)運(yùn)行曲線上則為該曲線平行下移，這表明電機(jī)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即電機(jī)以較小的電流啟動(dòng)重載負(fù)荷。
3、煤礦皮帶機(jī)變頻調(diào)速方案分析
3.1傳統(tǒng)液耦的不足
(1)增加空載啟動(dòng)環(huán)節(jié)。若采用液壓耦合器，則應(yīng)首先進(jìn)行空載啟動(dòng)，因?yàn)楣ゎl啟動(dòng)時(shí)存在較大電流，且一般會(huì)超過(guò)4倍的電機(jī)額定電流。電流產(chǎn)生的瞬時(shí)沖擊則會(huì)使得電機(jī)中的機(jī)械應(yīng)力等瞬間變大，進(jìn)而造成電機(jī)內(nèi)部機(jī)件的嚴(yán)重?fù)p壞問(wèn)題。此外，這種啟動(dòng)方式還會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較為嚴(yán)重的影響，如電壓下降問(wèn)題，從而使得其他機(jī)電設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，為避免上述不利情況出現(xiàn)，應(yīng)在皮帶機(jī)上安裝軟啟動(dòng)設(shè)備，常用的軟啟動(dòng)設(shè)備為水電阻。
(2)水電阻液體溫度過(guò)高會(huì)造成環(huán)境污染問(wèn)題。若液壓耦合器工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，液體溫度則會(huì)不斷升高，且達(dá)到一定溫度值，就會(huì)造成合金塞的熔化問(wèn)題，進(jìn)而引發(fā)漏液?jiǎn)栴}，如此既污染了環(huán)境，還增加了維護(hù)工作量。
(3)皮帶強(qiáng)度要求高。若采用液壓耦合器，則皮帶機(jī)在很短的時(shí)間內(nèi)完成加載工作，這極易使得皮帶承受更大的張力，因而必須增加皮帶的強(qiáng)度，以避免皮帶破壞。(4)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率不平衡問(wèn)題得不到有效解決。煤礦井下所采用的皮帶機(jī)一般長(zhǎng)度較大，且承擔(dān)運(yùn)量大的運(yùn)輸工作，基于此種情況，皮帶機(jī)往往采用的驅(qū)動(dòng)方式為多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而采用此種驅(qū)動(dòng)方式則面臨的一個(gè)問(wèn)題就是必須解決多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率不平衡問(wèn)題，而液壓耦合器則無(wú)法有效解決這種不平衡問(wèn)題。
3.2高壓變頻器的優(yōu)勢(shì)
(1)更好實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)。皮帶機(jī)的緩慢啟動(dòng)是以電機(jī)緩慢啟動(dòng)為基礎(chǔ)的，且電機(jī)還能有效釋放膠帶內(nèi)部貯存的能量，因而可大大降低輸送機(jī)啟動(dòng)與停止時(shí)的沖擊力，從而避免了膠帶的損壞問(wèn)題。
(2)較低膠帶強(qiáng)度。由于變頻器的啟動(dòng)時(shí)間可以在一小時(shí)內(nèi)調(diào)整，而皮帶機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況在3min內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，因而啟動(dòng)時(shí)間得到延長(zhǎng)，這樣就不需要求皮帶具有較高的強(qiáng)度，從而減少設(shè)備的成本。同時(shí)，由于啟動(dòng)沖擊力小，設(shè)備內(nèi)部損壞較小，皮帶機(jī)各部件的壽命有效延長(zhǎng)。
(3)解決了皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩平衡問(wèn)題。采用變頻驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，可通過(guò)一拖一控制，即采用主-從或其他控制方式，均能有效實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩平衡。
(4)驗(yàn)帶功能。為更好地對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行檢修工作，則應(yīng)保證皮帶機(jī)具有低速驗(yàn)帶功能。而變頻調(diào)速系統(tǒng)是通過(guò)無(wú)級(jí)調(diào)速的交流傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)變速的，因而，在空載條件下，可在額定帶速內(nèi)任意調(diào)整帶速，便于檢修。
(5)重載啟動(dòng)平穩(wěn)。由于變頻在低頻運(yùn)轉(zhuǎn)條件下可輸出超過(guò)2倍的額定力矩，因此可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的重載啟動(dòng)。
(6)自動(dòng)調(diào)速。在煤流傳感器的作用下，變頻可結(jié)合負(fù)載的輕重情況對(duì)膠帶速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，減少了膠帶的磨損。
(7)節(jié)能。煤炭開(kāi)采量的變化使得皮帶機(jī)的運(yùn)煤量也會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)負(fù)載較小甚至空載時(shí)，皮帶機(jī)仍在高速運(yùn)行，消耗大量的電能，但由于生產(chǎn)的需要，皮帶機(jī)又不能停止。而變頻器可控制皮帶機(jī)的運(yùn)行速度，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載變化的變速，因而大大節(jié)約電能。
3.3煤礦皮帶機(jī)變頻調(diào)速方案確定
若皮帶機(jī)采用多臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)，則應(yīng)注意電機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題，因?yàn)楦麟姍C(jī)的輸出是由皮帶耦合實(shí)現(xiàn)的。由電機(jī)學(xué)原理知，若電機(jī)存在滑差，則變頻器的輸出頻率會(huì)出現(xiàn)偏差，進(jìn)而造成輸出轉(zhuǎn)矩不平衡問(wèn)題，甚至出現(xiàn)故障。
因此，需采取適當(dāng)措施，以平衡各機(jī)出力?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，主要有以下三種驅(qū)動(dòng)方案：
方案一：一拖多并聯(lián)運(yùn)行方案。這種方案的適用條件為電機(jī)(單機(jī))功率小，電機(jī)數(shù)量少于3臺(tái)，要求低成本。
方案二：主-從控制方案。這種方案的適用條件為要求各電機(jī)均衡出力，電機(jī)數(shù)量少于3臺(tái)，各電機(jī)之間間距小，系統(tǒng)簡(jiǎn)單。
方案三：統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制方案。這種方案的適用條件為電機(jī)數(shù)量超過(guò)3臺(tái)，電機(jī)之間間距較大，系統(tǒng)復(fù)雜。
結(jié)合該礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際以及各方案適用條件，為更有效地控制負(fù)載平衡，確定該礦皮帶機(jī)采用方案二即主-從控制方案作為高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。其中，一臺(tái)變頻器為主控，以確定輸出轉(zhuǎn)矩，另一臺(tái)則由主控變頻器控制，并與其同步運(yùn)行。變頻調(diào)速系統(tǒng)僅能夠控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而不能控制從控電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
1#電機(jī)的轉(zhuǎn)速是由主控高壓變頻器控制的，且兩臺(tái)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也是由主控高壓變頻器發(fā)出的，而2#電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩是由從控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制的。為保證電機(jī)的轉(zhuǎn)速精度，并將其控制在0.5%以內(nèi)，變頻器應(yīng)采用無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù);若精度要求更高，如將其控制在0.1%以內(nèi)，則應(yīng)采用速度傳感器。本主、從高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)均有以下兩種功能：
(1)外部信號(hào)連鎖控制功能;
(2)報(bào)警邏輯信號(hào)輸出功能。主控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)即可接收來(lái)自本地或遠(yuǎn)程的指令，也可接收從控系統(tǒng)發(fā)送的指令，此外，從控系統(tǒng)也具有類似主控系統(tǒng)的接收指令程序。
4、應(yīng)用效果分析現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，該礦皮帶機(jī)采用主-從控制方案作為高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，不僅改善了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，而且減少了電能消耗，降低了生產(chǎn)成本。此外，使用該方案后，系統(tǒng)維護(hù)工作量減少，且?guī)?lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，并未出現(xiàn)安全問(wèn)題。
