三、變頻調速技術在煤礦生產中的具體應用—以帶式輸送機為例

1、帶式輸送機在煤礦生產中的節(jié)能問題

帶式輸送機作為煤礦運輸的主要設備被大量采用，隨著煤礦高產高效工作面的發(fā)展，長距離、大運量、高速帶式輸送機越來越多的被設計、制造并投入運行。這些大型機種的使用，使輸送機存在的沖擊載荷大、驅動電機出力不均而導致電機過載等問題更加尖銳地暴露出來。皮帶機的啟動和運行方式為繞線電機經轉子繞組降壓啟動后工頻運行，經液力耦合器切換至皮帶機。皮帶機的工作原理是皮帶機通過驅動輪轂，靠摩擦力牽引皮帶運動，皮帶通過張力變形和摩擦力帶動物體在支撐輥輪上運動。皮帶是彈性儲能材料，在皮帶機停止和運行時都儲存有大量勢能，這就決定了皮帶機啟動時應該采用軟啟動的方式。

因此對帶式輸送機的起動和運行提出下列要求：如果電機直接重載起動時，要求電源提供比正常運行時大6—7倍的電流，這樣電機就會因電流過大和起動時間過長而過熱燒毀;電網會因大電流使電壓過分降低而影響其它設備運轉;所以要求新型驅動系統(tǒng)能夠降低電機起動時的電流。目前大型帶式輸送機都要求驅動系統(tǒng)能提供可調、平滑的、無沖擊的起動力矩，以減小沖擊，從而改善對整機的受力狀況，延長整機的壽命，提高設備的可靠性，即希望實現軟起動。長距離帶式輸送機，如果起動過快，拉緊裝置就來不及拉緊，使得傳動滾筒打滑，導致發(fā)熱著火;對于大傾角的上運帶式輸送機，如果起動加速度過快，會引起物料下滑或滾料現象;這就要求起動加速度可控，實現平穩(wěn)起動。為便于帶式輸送機的檢修，希望能實現低速驗帶運行。

綜上所述，要求驅動系統(tǒng)能夠自適應起動、運行、停車工況的要求，使帶式輸送機起停平穩(wěn)、運行高效、驅動平衡、工作安全可靠。然而，目前國內大多數煤礦采用液力耦合器來實現皮帶機的軟啟動，在啟動時調整液力耦合器的機械效率為零，使電機空載啟動。雖然采用了轉子串接電阻改善啟動轉矩和降壓空載啟動等方法，但電機的啟動電流仍然很大，不僅會引起電網電壓的劇烈波動，還會造成電機內部機械沖擊和發(fā)熱等現象。同時由于液力耦合器長時間工作會引起其內部油溫升高、金屬部件磨損、泄漏及效率波動等情況發(fā)生，不僅會加大維護難度和成本、污染了環(huán)境，還會使多機驅動同一皮帶時難以解決功率平均和同步問題。

2、變頻調速技術在帶式輸送機中的應用

帶式輸送機中的變頻調速自動控制系統(tǒng)由可編程序控制器PLC、變頻器、電流互感器、電流變送器、核子皮帶秤、帶速傳感器和電機轉速傳感器等組成，具體可歸納為檢測單元、控制單元和執(zhí)行單元三部分。

檢測單元：電流互感器及變送器取得電機電流信號。帶速傳感器采集的帶速信號，經過轉換為電壓信號。電機轉速傳感器采集的轉速信號，通過轉換為電壓信號。核子皮帶秤采集運量信號。各信號均送入核心模塊。

控制單元：當PLC接收到檢測信號，經過判斷決策，完成帶式輸送機的起動、功率平衡、節(jié)能調速功能。同時主控單元還具有斷帶、堆煤、撕帶、煙霧、打滑、溫度等故障保護功能。

執(zhí)行單元：變頻器接收到PLC的頻率控制信號，按給定信號輸出相應頻率的電壓加至電動機，實現電機的調速，完成帶式輸送機的各種功能。經過變頻技術改造后皮帶機徹底實現了皮帶輸送機的軟起、軟停運行方式，使皮帶機在工作中更加性能穩(wěn)定。

系統(tǒng)的功率因數在整個過程中達0.9以上，大大節(jié)省了無功功率。采用變頻器驅動后，使系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力偶合器驅動的效率高5%～10%系統(tǒng)效率。改造后系統(tǒng)可以根據負載變化情況自動調整輸出頻率和輸出力矩，改變了以前電機工頻恒速運行的模式，在很大程度上節(jié)約了電力能源消耗。而且四象限中高壓變頻器的使用實現了皮帶機能量回饋功能，進一步使得皮帶機的能耗降低，液力耦合器的退出更大地節(jié)約了設備的維護和維修費用。在節(jié)能環(huán)保方面更加的完善。

四、結語

總之，變頻器在煤礦的應用已經取得了良好的效果，隨著新型電力電子器件的發(fā)展及性能的不斷提高，變頻調速技術在煤礦生產的應用會發(fā)揮更大作用，取得更加顯著的經濟效益。