摘要：变频装置的作用是对交流电电压与频率进行调节，从而实现对相应机电设备运行速率的调控，自其问世以来，已在矿井生产领域获得了广泛应用。皮带运输机作为矿井生产运输中的关键设备，运行质量的优劣对矿井整体运行效率和经济效益有直接影响，而鉴于运输皮带具备良好的弹性，因此皮带运输机适宜采取软启动的方式。现阶段，矿井井下皮带运输机软启动多通过液力耦合装置实现，不过这种方法存在能耗大、污染重、多电机转矩平衡困难等不足。采取变频装置替代液力耦合装置则可以有效规避原有不足的同时实现软启动，因此探究变频调速技术在皮带运输机中的应用有积极意义。
关键词：煤矿运输；皮带系统；变频调速技术；应用
1变频调速技术的基本原理
变频调速技术是将微机技术、电力电子技术及电机传动技术相结合的一门新技术，通过使用整流桥将电机中的交流电压转化为直流电压，而后再通过使用逆变器将交流电压转变为交流电机的电源，使电机能有无极调速的电压及电流，这有效地减少了电压及电流在转化过程中造成的能源消耗。经过大量的实验室研究发现，电机的转速N与供电频率f之间存在以下关系：
式（1）中，N为电机转速，r/min；f为交流电频率，Hz；p为电机磁极对数。由该公式可知，电机转速与供电频率之间存在一定的正比关系，在保证电机级数不变的情况下，调整电机的供电频率将可调节电机的转速。当频率在0Hz~50Hz中变化时，可使电机转速达到所需转速。通过改变电机的供电频率，使电机转速在不同工作时段达到所需转速，不仅将大大提高煤矿运输系统的工作效率，且也将大大减少电机工作的能耗。
2变频调速技术在皮带运输机中的主要应用特征
2.1具有功率平衡的特征
双滚筒驱动及其多滚筒驱动这2种类型经常被煤矿井下皮带系统采用。想要使系统性能始终保持同步运作状态，就需要先同步启停处在机头的不同滚筒，任何一个电机发生故障，都应当将系统停机，采取适当方式排除故障。为了确保系统运输处于正常状态，应当保证不同滚筒功率的平衡性。电机之间速度差的调整，应当经过调整与之对应的变频器完成，可以随意增减电机的电流差值大小。变频器通过调整各个不同电机的速度，进而可以使其电流值始终保持平衡状态。
2.2节电效果显著
在煤矿生产过程中，产量通常不会均匀，皮带机的运煤量也经常不能够达到均匀。当负载比较低或者无荷载状态时，皮带系统的高速运行会对机械传动系统造成损耗与浪费，而电能耗损也会随其增加。因为煤矿生产是一个连续过程，不可任意关掉或是切断，以至使皮带系统运行受到影响。而采用独立的控制系统，对相互本机运输系统于前级运输系统的有关载荷值进行测量，这样便能够较好地控制变频器升降速度，在载荷不能均匀的皮带系统中表现得尤为明显，其可在更大程度上节省电能。
3变频调速技术的应用
3.1变频调速方案
皮带运输机在驱动时通常都是使用很多台电机来完成，因此，在工作过程中尤其要对电机间的协调控制进行关注。电机的输出动力一般都是通过皮带耦合来完成，如果滑差出现，就会使得变频器输出频率出现偏差，影响输出转矩的平衡，严重的会发生故障。因此，一定要通过有效策略来平衡辅助电机的转矩。通常现场应用时候，以下三种驱动方案是最常用的。1）一拖多并联。该方案主要适用电机数量少（<3台）且功率小的变频调速系统，该系统成本较低。2）主-从控制。该方案主要适用电机数量少（<3台），同时各电机转矩能够均衡输出。电机之间的间距较小的简单变频调速系统，控制方案要统一协调控制。该方案主要适用于电机数量大于3台，同时电机间距大且复杂的变频调速系统。
3.2输送机平衡功率的实现
在不稳定情况下，组转矩的速度是皮带运输机张力大小的主要影响因素，所以控制皮带输送机产生的张力，首先要考虑到皮带输送机的运行特点，将工作时的动、静张力进行叠加是目前保证皮带运输机稳定运行的重要手段。皮带运输机应用变频调速技术后，变频调速装置能够按照系统事先设定好的时间使输送带滚筒慢慢增速，提高启动时稳定性。此外，变频调速系统还能够根据皮带输送机上负载量对皮带运输机启动速度进行控制，一定程度上使皮带运输机电机运行时间得以延长，使电机驱动的功率平衡得以达成。
3.3运输阶段
传统的皮带运输机在运行时，无论是否负载，其运行速度和皮带运输机输出的功率都是相同的。虽然这个问题在有负载时没什么问题，但是在空载时皮带仍然在损耗，电能也在消耗，不但不利于环保还增加了企业的成本。变频技术就解决了这个问题，变频技术的原理就是通过变频器调整皮带运输机输出的功率，从而改变运输速度，这样就能够在负载时输出额定功率，在空载时将功率降至最低。变频技术减轻了企业在电能上的负担，一定程度上的延长了皮带使用寿命，因此变频技术在运输阶段有重要贡献。
3.4调速阶段
变频技术最主要的作用是控制皮带运输的速度，传统的皮带运输机在任何运行状态下都是进行高速运转，而长时间的高速运转，电机转子会产生大量热损耗，不但浪费能源，还会影响设备的使用寿命。在对皮带运输机进行验带检修时，由于皮带的高速运行，增大了检修的难度。而变频技术的使用能够控制皮带运行速度，皮带运输机在空载时低速运转，防止产生大量的热量，在检修时控制速度，帮助检修工作顺利进行。变频技术能够控制皮带运输机的速度，从而弥补传统皮带运输机的不足。
3.5变频器防止干扰的主要措施
目前，中国变频器减少电磁干扰的方法主要是通过屏蔽干扰源。通过使用铁壳包裹变频器以防止变频器自身在工作中产生的电磁向外泄露，而后使用钢管来屏蔽输出线的干扰。在使用外部信号控制变频器时，应尽量使用较短的信号线，并使用双芯屏蔽的方式来屏蔽信号线的电磁干扰，同时，还应注意分离变频器的主电路线及控制线，并使用屏蔽罩。除使用屏蔽干扰源的方式来抑制干扰外，还可通过使用电抗器来抑制外部电网造成的谐波干扰。可通过在电源与变频器的输入侧之间安装电抗器来抑制电网造成的谐波干扰，这种安装方式主要是安装交流电抗器，通过抑制变频器的输入电流中的低次谐波来减少外部电网对变频器的影响。此外，交流电抗器还有一定的提高功率的作用，使变频器能更好地工作。如果在整流桥和滤波电容器之间安装电控器，与交流电抗器相反的是，直流电抗器通过抑制输入电流中的高次谐波来削弱外网谐波的影响。同时，直流电抗器也将大大提高变频器的功率，这将进一步地提升变频器的工作效率。在使用电抗器消除谐波影响的同时，还应注意正确的接地，变频器接地不仅能有效抑制外部电网造成的谐波干扰，且对变频器自身造成的干扰也有一定的作用。在设计变频器接地时，应注意变频器的接地要与其他动力设备的接地点隔开，不应距离太近，避免变频器因其他动力设备而出现新的干扰源。
结论
煤矿作业生产活动中，皮带运输机是一种非常重要的运输设备，皮带运输机安全运行是煤矿生产顺利进行生产重要的保障。一旦皮带运输机出现问题，不仅会造成企业的经济损失，还会产生一些安全隐患。因此，提高皮带运输机的相关性能已经成为十分重要的研究重点。在煤矿皮带运输机中应用变频调速技术后，煤矿运输机的各项性能都得到很大的提升。尤其在节约资源、延长皮带运输机使用寿命、保护环境方面，变频调速技术具有明显的优势。变频调速技术应用在皮带运输机中为企业节约了成本，创造了更大的经济效益，为煤矿企业长远的发展提供了保障。
参考文献：
[1]赵昕，马仲涛，徐岩.选煤厂应用变频调速技术实现机电设备一体化[J].煤炭技术，2017（6）：92-93
[2]袁春雷.变频调速技术在煤矿企业应用中的节能分析[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2017（2）：277
论文作者:乔法起
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/5
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