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摘要：皮带机是煤矿井下的主要煤炭运输设备，因此，皮带运输机的安全高效运行对于提高矿井生产效益具有十分重要的意义。但由于皮带具有一定的弹性，根据《煤矿安全规程》中的相关规定，皮带机应采取的启动方式为软启动方式。目前，很多煤矿仍采用液力耦合器来实现软启动，但由于其具有能耗高等不足，因而逐渐为变频技术所代替。
关键词：变频技术；煤矿；皮带机；改造
一、变频技术
1.1变频技术原理
传统机电设备中的电流是固定不可改变的，因而机电设备在运行的过程中，不能进行转速变换，这种情况一方面是会使机电设备的寿命缩短，另一方面会极大的浪费电力能源，变频技术的运用将有利于改变这种状况。变频技术通过电流频率的改变，来进行设备的管理。
无需对电压进行改变，变频器就能够发挥电力半导体的功能，将机电设备中固定的电流频率进行转化，即变频器的运用使得电流频率据有可变性。通过对电流频率的改变，来实现对机电设备的调节运行，这正是变频技术的基本原理。目前，煤矿皮带机改造中广泛应用变频技术，能有效实现机电设备性能的提升。
1.2煤矿皮带机改造与变频技术两者间的联系
如果一个煤矿的皮带传送机已经老化，则非常有必要运用变频技术来进行设备改造，皮带机原有的驱动力是相对固定的，但是往往会在煤矿开采与生产作业过程中发生相应的损耗，在皮带机与煤矿输送量不相适应的时候，就会频繁的在持续作业中出现故障，而且往往故障现象都较为严重，给后期维修也带来很大的障碍。在对皮带机进行改造堵塞的时候，可以采用交流—直流—交流无速传感器矢量控制技术，并依照科学的原理对电机的实际转速数值进行推算，保障皮带机在运输过程中实现额定局数的百分百输出，进而达成节省电能的效果。
二、煤炭皮带机改造对变频器的性能要求
2.1良好的散热功能
普通的变频器采用冷风冷水方式来对皮带机进行散热，不能满足煤矿作业的防爆需求，而且其变频器防爆墙内包含全部的部件，风冷的情况无法及时的产生效果，水冷的情况需要齐全的散热系统，这极大的影响了电机的日常维护工作，还会使得皮带机易发生散热故障。
2.2良好的技术指标
运用于皮带机改造的变频器需要具有高于两倍的启动转矩，在设备进行连续运作时，其额定电流必须有充分的保障，运行状态最好是呈s状，这种形状有利于保障加减速的平顺性，同时，为了应对能量回馈现象，需要采用四象限方式进行运行，在运行过程中还要不断完善数字控制能力。
2.3良好的电磁兼容性
煤炭开采与生产的作业环境一般较为恶劣，变频器在运行过程中，要具有相应的抗干扰能力，电磁兼容性与变频器的运行质量息息相关，还会对皮带机的运行产生相应的影响。
三、皮带机在使用变频技术之后的启动优势
3.1保证皮带机的软启动
在煤矿的皮带机上采用变频技术对皮带机进行改造后，高压变频器会在皮带机开始发电机时控制电机的转矩运动，使其在低频的状态下开始运行，进而使皮带机实现了正在意义上的软启动，这能有效的延长电机寿命，减少生产中的设备维护成本。
3.2平稳的重载启动
煤矿皮带机在运输过程中，有很大可能会随时停止与重启，因此有必要对“重载启动”能力加以考量。变频器对无速度传感器矢量控制方法的采用，使得低频运转最高水平能够输出1倍多的额定转矩，与“重载启动”能力要求相适应。
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3.3降低皮带机带强
在煤矿皮带机上使用高压变频器，能够使皮带机的带强要求降低，因为变频器可以根据需要在一秒到一千秒时间范围内启动，启动时间完全可以按照实际情况进行调节，通常设置在6秒到200秒之间。因此，可以提高皮带机皮带的性价比，降低对设备的投资，降低成本。
3.4节能
一般情况下，煤矿的电机在设计上都拥有较大的容量，但是在实际的使用过程中往往不会满载作业，较为频繁的空载或者轻载又会给电能造成很大的浪费，利用变频技术后，变频器能够依据机电设备运载的轻重，对皮带作业状态进行自动调节，大大减少了电能的损耗。
3.5节约成本
与其他的运作模式相比，电动机、减速器模式的期初投入费用较低，但需要进行大量的后期维护，所需维护费用较大；电动机、液力偶合器以及减速器运作模式，同样是在起初的投入上不高，但所需维护费用大，同时，液力偶合器如果在维护上不及时或者操作不当，极有可能造成漏油，这给煤矿的开采与生产作业带来较大的安全隐患；软启动电动机、减速器运作模式，在起初的投入费用上属于中等水平，其维护费用也较前两种模式要少，一定程度上可以满足操作需求。变频器、电动机、减速器的运作模式，虽然在起初的投入费用上较前几种模式要高，但是好在不需支出高额的维护费，并且能够对运行速度进行调整，达到节省电能的效果，这些节省的费用可以及时与起初投入费用相抵，变频器是一项优势明显的皮带机改造技术。
四、变频技术在煤矿皮带机改造中的应用
以下是对某矿皮带机的一个改造设计案例：
4.1改造前
某矿井下主胶带大巷胶带机的整套系统是由工作在额定转速的三台6kV、160kW高压异步电动机，通过液力耦合器与减速机减速来驱动两个主动滚筒，然后通过滚筒与皮带间的摩擦力来带动皮带运转。其中两台电机同轴拖动卸煤滚筒，单机额定电流190A。由于各液力耦合器对工作条件要求苛刻，而现场条件较差，导致三台耦合器内部充油压力不匀，滑差不等，传动效率不一致。针对以上特性，对控制系统进行技术改造的目的是要实现以下几点要求：①低启动电流和启动电流的冲击时间，延长电机寿命，同时减少电机启动电流对电网的冲击，以减小对其它在网电气设备的影响。②保证启动过程中作用在机械设备上的启动冲击最小，从而延长减速器、胶带等关键部位的使用寿命。③实现大功率平衡。④启动过程可控。
4.2改造后
系统改造后，配置了3台隔爆兼本安变频调速装置，根据皮带机长度和负载大小，将该系统起动时间设定为60s。电动机最大起动转矩可达到200%，无论负荷大小均可实现平稳起动。运用变频器的软起动功能，将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一，通过电机的慢速起动，带动皮带机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害。实验中，重载平稳起动效果明显，并可轻松实现验带功能。系统增加了速度调整功能，可根据皮带机煤量的大小来调节整机运行速度。该系统投入实际生产后，整个皮带机系统及驱动电机的故障明显减少，托辊及滚筒的寿命延长，实现了皮带机多电机驱动时的功率平衡。
在皮带机上采用变频驱动技术也产生了很好的节能效果，主要体现在系统功率因数和系统效率两个方面。采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.9以上，大大节省了无功功率，提高了系统效率。采用变频器驱动之后，电机与减速器之间是直接硬联接，中间减少了液力耦合器这个环节，系统总的传递效率要比液力耦合器驱动的效率要高5%～10%。系统检测所有电机的输出转矩，经运算后控制各电机的输出转矩达到统一平衡，解决扭震、共振等问题，从而实现所有电机转矩平衡和速度同步。
结语
在煤矿开采生产的运作中，有必要规避皮带机运输发生故障的情况，保障皮带机的安全运行，有效的改造手段是将变频技术有效运用到煤矿皮带机运输中去，减少电能消耗，降低机电设备的损耗。
参考文献：
[1]史晓冬.皮带机电控系统实施变频技术改造的研究与应用[J].内蒙古煤炭经济，2012.
[2]赵志宏.煤矿机电设备变频控制技术[J].中国新技术新产品，2010.
论文作者:吴修丽1 2,岳潜1 3 4,吴福兴2,韩业泉1 5
论文发表刊物:《防护工程》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/26
标签：皮带机论文; 变频器论文; 煤矿论文; 电机论文; 技术论文; 皮带论文; 转矩论文; 《防护工程》2017年第7期论文;