摘要：煤矿胶带输送机一般属于三相异步电动机结构，其在与液力耦合器连接以后，经过减速箱的减速，再由滚筒来带动机械工作。而该种类型的输送机的启动通常是由软起动器来完成的，对于速度的调整则主要依靠液力耦合器所产生的机械效率。但这种运行模式存在一定问题，对于机械当中的胶带强度要求较高，也可能在运行当中存在胶带断裂的情况，造成安全事故。为了增加机械的稳定性，将变频调节器技术应用到胶带输送机当中，完成对该机械设备的技术改造。
关键词：变频技术；带式输送机；机电设备；改造；维修
1变频调速技术
1.1变频调速技术运行原理
变频调速技术的过程是通过控制电路、电力电子器件转变大功率电能（电压、波形、频率等）的形态，并且结合变换形态之后的电能带动电机及结合机械设备转换电能为运行系统要求的机械运动，从而实现运行系统的节能控制与运行控制。想要进行以上的过程，务必通过计算机、电子电路、传感器等组合而成的自动控制电路，从而实时控制电机拖动系统工作信息的采集、处理、输送等，此谓变频调速控制。变频调速控制设备的三个主要组成部分是计算机控制器、传感器、执行器。a）计算机控制器。在调速控制变频器中的微处理器的情况下，如控制直接转矩、控制转差频率、控制矢量等，其是对电机的一系列工作参数进行控制，控制目标是实现控制过程的优化。如此的控制闭环不但涵盖电机与变频器，而且包括系统负载运动、机械部件、传感器等，控制目标是确保系统根据需要的运行参数工作，且尽可能节省电能；b）传感器。安装传感器于电机拖动系统的相应区域，通过感知系统的工作信息，如转矩、流量、温度、转速、压力等，且通过制定的标准信号向计算机控制器进行反馈，以此充当运算控制的参照；c）执行器。变频调速控制设备存在两种执行器，一种是机电设备（继电器、通断开关、阀门等），计算机控制器对设备的关闭与通断进行控制，从而控制电机装置的流体或投切运行；另外一种是变频器，计算机控制器将数字量或模拟量的控制信号输送至变频器，确保变频器根据需要转变电能的形态，也就是改变电压、波形、频率等，从而控制电机的转速，最终确保实现调速。
1.2变频调速控制系统的分类
a）开环的变频调速控制系统。之前的变频调速控制设备属于开环式，也就是系统中缺少计算机控制与传感器，只是通过变频器对电机进行人工设计的变频调速；b）DDC（直 接 数 字 控制）变频调速 控制系统。DDC 系统结合模拟量输入通道采集系统的运行参数，根据开关量输入通道采集系统装置的工作现状，结合模拟量将控制信号（阀门开度、通道输出变频等）输出，结合开关量将系统工作现状指示信号与通道输出系统装置启停控制信号输出，都是在计算机中通过数字量的形式变换、处理、计算系统的工作信息；c）DCS（分布式变频调速）控制系统，DCS 的设计原则是全面协调、管理分级、控制分散、操作统一，分而自治，从而形成分级的层次化结构体系。
2矿用输送机及其变频调速的特点
2.1 矿用输送机的特点
恒速负载是矿用输送机输送的特点，对于处在异样低速扭矩过程中的输送机而言，其速度丝毫不会发生变化。输送机通过接近零电源、零功率及负电源运行，其可以实现输送的长度为几十公里及输送机的显著优势是低速运行、长时间运行。由于变频驱动系统中的矢量控制具备高速性、低速长时间运行的特点及可以对之前需要的速度目标进行反馈，从而能够自动监控和控制扭矩。
2.2矿用输送机及其变频调速的特点
a）变频调速技术能够实现多电机软启动和驱动平衡。在体现变频器软启动优势的基础上，统一电机与输送机中的软启动，在进行驱动时，通过功率实现对软件的平衡调节，输送机多台变频器具备十分可靠的输出功率。在启动过程中较为平滑，不存在较大的冲击影响；b）根据矿用输送机的电机及其设计能够明确的是，电机的现状常常是慢速度与电压，但是负载十分小，一直到同满载接近的情况下才可以使效率与功率理想化。而矿用输送机中应用变频调速技术，可以实现 0.9的功率因数及可以减少电机和减速器中应用的液力耦合器，并且实现高于液力耦合器 5%～10%的传递效率。
3带式输送机变频技术的改造方案
为降低煤矿开采成本，对某煤矿 DTII 带式输送机进行变频改造，增加变频软起、软停和综合保护控制功能，以提高其启动稳定性，延长设备的使用寿命。
DTII 带式输送机采用双滚筒三机拖动方式，同时利用液力耦合器与减速机来对主动滚筒进行驱动，通过摩擦力来拖动卸煤滚筒（图 1）。工作状态下，该控制系统对工作条件要求高，因井下地质条件复杂、环境恶劣，从而影响控制系统耦合器，造成传动出现问题。所以必须进行相应的变频改造。改造的目的主要是实现以下功能：（1）实现低启动电流，缩小启动电流的冲击时间，保障和延长机电设备的使用寿命，同时还必须减小机电启动电流对电网的冲击，以免造成整个供电网络系统的损害。（2）实现对带式输送机的保护，保证减速器、胶带的使用寿命。（3）实现大功率的平衡。（4）保障启动过程能够进行相应的控制。
对 DTII 带式输送机的控制系统进行改造后，增配了隔爆兼本安变频调速装置（图 2）。根据该型号带式输送机的长度、负载大小，设定相关的参数。改造后电机和带式输送机的软起动进行了合并，缓解了张力波的形成，对皮带的损害降到最低水平。该控制系统能轻松实现验带功能，同时在系统中增加了速度调整功能，可以根据运输重量相应调节设备的运行速度。系统改造后，该型号带式输送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。
同时，因采用变频驱动技术，在节能上也有很好的效果。改造后的带式输送机控制系统功率因数达 0．9 以上，大大节省了无功功率，提高了带式输送机的工作效率。电机与减速器之间是直接硬连接，省掉了液力耦合合器环节，系统总的传递效率提高了 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，解决扭振、共振等问题，从而实现所有电机转矩平衡和速度同步。
4应用效果分析
当前，DTII 带式输送机已完成了变频技术的改造并进行了现场应用。从运行情况来看，带式输送机的运输情况整体平稳，无故障发生，说明该改造是成功的。通过变频技术的改造，带式输送机的自动化程度得到了提高，减少了带式输送机岗位工作人员。
结束语
皮带机是煤矿开采的核心设备，对其机电设备进行变频改进可以更好地服务于煤矿生产，一方面弥补了机电设备的功率和耗能不足的问题，另一方面达到调速电机运行频率和节能的作用。
参考文献：
［1］刘玉庆.变频技术在煤矿带式输送机改造中的应用［J］.中小企业管理与科技（中旬刊），2015（7）：65.
［2］王建华.变频技术在煤矿带式输送机改造中的应用分析［J］.科技风，2014（7）：50.
论文作者:周飞龙
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/18
标签：电机论文; 变频调速论文; 系统论文; 输送机论文; 带式输送机论文; 控制系统论文; 技术论文; 《基层建设》2018年第33期论文;