煤矿皮带机改造中变频技术的应用

2018-07-06张树臣

机械管理开发 2018年6期

张树臣

（汾西矿业集团曙光煤矿，山西吕梁 032308）

引言

煤矿皮带机是煤矿生产作业中常用的一种运输设备，传统类型的皮带机主要采用驱动+多滚筒系统，这一类型皮带机工作效率低下，成本耗费偏高。随着现代微电子技术的不断进步，微处理技术以及数字集成电路持续发展并完善，煤矿皮带机开始广泛引入变频技术，这有助于提高皮带机运输作业效率，促进煤矿生产发展。

1 变频技术用于煤矿皮带机改造的技术要求

1）应用变频技术来改造煤矿皮带机具有比较严格的技术指标要求，首先变频器一般需要不低于2倍的开启转矩；在持续运行状态下，煤矿皮带机变频器需要150%额定电流的支持和保障。运行期间，煤矿皮带机以平稳加速度呈S型曲线前进，四象限运行这一模式是应对能量回馈问题的有效方案。此外，技术人员应对系统数控功能不断予以完善和优化[1]。

2）散热性能。改造煤矿皮带机需要考虑的另一因素就是变频技术及变频器的散热性能，因为普通变频器散热性能往往较差，难以有效应对煤矿企业生产中的关键问题——防爆。而且普通变频器大多采用风冷或者水冷的制冷方式，而皮带机变频器内部元器件多而繁杂，在运转过程中不断向外释放热量，所以风冷模式难以取得满意效果；而水冷模式则与皮带机自身完善的散热系统有冲突，给后期维护工作带来较大麻烦。因此要充分考虑到煤矿皮带机在运行过程中的散热问题，选择散热性能良好的变频设备加以改造。

3）电磁兼容。考虑到煤矿井下作业环境恶劣，干扰因素较多，因此变频设备需要具备相应的抗干扰能力。其中电磁兼容性能优良与否将直接影响皮带机的作业和变频技术的应用[2]。

2 采用变频技术改造煤矿皮带机的具体方案

采用变频技术改造皮带机，首先用双滚筒三机方式配置三台高压电机，如图1所示。高压异步电机参数建议为6000 V、16×104W，通过降速设备配合耦合设备带动两个滚筒，然后通过皮带、滚筒彼此接触来带动皮带运行。这一改造方案的要点如下：

图1 皮带机传动控制系统示意

1）开启电流值需要保持在低值状态，而且尽量减少开启时间，以延长设备使用寿命，保护电网免遭电机开启电流时的冲击和过高的阻力值，以免其他设备造成干扰。

2）开启时应严格控制对电机设备的冲击，延长皮带以及降速设备等部件的使用寿命。

3）开启过程应得到全程控制。改造以后根据皮带机负载与长度，设备开启时间可以设定为55 s。电动设备开启转矩最大值应不低于额定数值的2倍。基于变频器软启动技术来合并皮带机与电机的软启动，并对电机开启速度相对较慢这一特性加以充分利用，确保皮带机平稳、慢速开启，将内部能量以相对低的恒定速度向外释放，以免加大损耗。改造过程中重载开启相对稳定，可以很好的调整或者控制速度，减少电机设备以及皮带机体存在的问题，并延长滚筒以及托辊使用寿命，确保皮带机多电机驱动模式下的功率稳定[3-4]。

3 采用变频技术改造煤矿皮带机的问题与对策

1）运输作业环节，煤矿皮带机易受电磁干扰。相比于其他行业生产，煤矿开采作业环境比较恶劣艰苦。煤矿皮带机采用变频设备时比较容易受到外部环境因素的干扰，此类因素基于辐射或者电源线等不同方式影响变频设备的正常工作，引起运行错误，甚至导致变频设备损毁，这对煤矿皮带机的运行效率产生了很大影响。技术人员应充分重视变频设备的干扰问题，有效应对外部因素影响，譬如为变频设备配备抗噪音设备，在变频器端口安装噪声滤波器等等，保护变频器免遭不良影响。除此之外，为了保护变频设备不受强电压的影响，建议为变频器临近设备增添吸收装置；对回路配线距离应予以严格控制，对主配线也要加以明确的区分，尽量减少回路配线距离。

2）电源异常。应用变频技术改造煤矿皮带机，正常工作状态下可能存在电源异常问题。因为皮带机正常作业往往会受到低电压的影响，引起电源异常现象。所以煤矿企业应考虑变频设备受电压影响这一因素，将变压器和其他高功率设备彼此分离，防止彼此之间相互干扰，确保皮带机高效完成运输作业。一旦电压恢复正常，通过瞬间补停的方式确保正常运行状态，并检测电机运行速度，避免电机加速产生额外电流。除此之外，设备运行状态下应选择特殊电源设施安装在变压器下，配合变压器完成自动转换[5]。

3）高次谐波。运行状态下的皮带机会产生高次谐波，因为当前国内变压器一般采用PMW方式进行控制，这一控制模式存在一些问题，譬如电压器运行状态下会产生高次谐波，对电动机造成极大的影响，导致电动机绕组出现异常变化，或严重削弱其绝缘性能，最终引起变压器畸变。此种状态下，皮带机运行也会受到变压器畸变的直接干扰。建议减少变频设备与电机的相对距离，或为变频设备安装专属变压器，以防止这一问题的发生。这样可以将变频设备独立于其他设备之外，为其提供相对安全的运行环境。此外也可将整流桥安装在变频设备上，可以预防高次谐波干扰皮带机运行。

4）温度异常。煤矿皮带机采用变频技术改造后可能存在冷却性能减弱的问题，这一现象最直接的结果就是导致电动机出现温度异常。同时，皮带机运行状态下变频设备不可避免地出现高次谐波，对电机材质造成损伤。因此，技术人员应基于这一现象做出相应的补救，采取必要措施提高电机规格与等级，维持强冷通风状态，防止电机低速运行。

5）皮带强度。皮带机在液压耦合设备的支持下可以高效率完成加载任务，但是皮带机自身也承受更强的作用力，因此有较大几率引起皮带损坏。建议强化皮带强度，延长使用寿命，避免皮带受损。

6）空载开启。空载开启瞬间产生的电流值将超过设备额定电流的4倍，产生的冲击力将大幅提升设备机械应力，引起内部受损，而且此方法开启也会在一定程度上干扰电网运行，如果电压降低则会影响其他设备运行。建议在皮带机上安装水电阻等软启动装置[6]。