摘要：現(xiàn)代煤礦運(yùn)輸設(shè)備主要為皮帶機(jī)運(yùn)輸，隨著煤礦運(yùn)輸能力逐漸提升，皮帶運(yùn)輸機(jī)所提供的動(dòng)力也逐漸增大，繼續(xù)使用傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)器或液力耦合器已無法滿足皮帶運(yùn)輸機(jī)高運(yùn)量的要求，更不能響應(yīng)國家提倡的“節(jié)能減排”政策。本文主要介紹了合康防爆BPJ系列中壓大功率防爆變頻器在山西長治某煤礦皮帶機(jī)上一主二從的成功應(yīng)用，為大運(yùn)量皮帶運(yùn)輸機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速等問題提供了解決方案。

關(guān)鍵詞：煤礦 合康防爆 主從控制 功率平衡

前言：皮帶運(yùn)輸機(jī)具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、部件標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于礦山、煤炭、冶金等行業(yè)。在皮帶機(jī)運(yùn)行過程中，可由一臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)，當(dāng)多臺(tái)電機(jī)同時(shí)拖動(dòng)皮帶機(jī)時(shí)往往對(duì)電機(jī)的功率平衡有較高的要求。變頻器作為當(dāng)今主流調(diào)速設(shè)備，憑借調(diào)速范圍寬、低頻高轉(zhuǎn)矩、過載能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)，解決了多臺(tái)電機(jī)功率平衡問題，提高了皮帶機(jī)的運(yùn)行效率。

一、現(xiàn)場(chǎng)工況

山西長治某煤礦皮帶機(jī)為主巷道運(yùn)輸設(shè)備，整個(gè)設(shè)備的長度為1800米，皮帶的寬度為1.2米，由3臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，額定電壓為1140V，額定功率為400kW，風(fēng)冷冷卻。現(xiàn)場(chǎng)采用合康BPJ系列礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻器機(jī)頭集中驅(qū)動(dòng)。

圖1：山西煤礦皮帶機(jī)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)

二、主從同步工作方式

煤礦井下的皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)多為雙滾筒驅(qū)動(dòng)或多滾筒驅(qū)動(dòng)，多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同一滾筒時(shí)，由于零部件制造過程中存在誤差，且不同電機(jī)的電氣參數(shù)也有一定差異，不可避免的會(huì)出現(xiàn)速度不同步問題：速度快的電機(jī)將承受較重負(fù)載，速度慢的電機(jī)將會(huì)被拖動(dòng)。為確保皮帶機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)輸能力與安全，應(yīng)盡量保證皮帶輸送機(jī)機(jī)頭的各滾筒同步啟停，保證各滾筒之間的功率平衡。

當(dāng)采用變頻器進(jìn)行調(diào)速時(shí)，可根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行頻率，從而相應(yīng)調(diào)整變頻器的速度給定來調(diào)整各電機(jī)之間的速度差，便可以任意增大或減小多臺(tái)電機(jī)間的電流差值的大??；因此可以通過單獨(dú)的控制系統(tǒng)控制各電機(jī)的電流值，通過調(diào)整各電機(jī)的速度來使各電機(jī)的電流值逐步趨于平衡。

變頻器帶動(dòng)皮帶輸送機(jī)工作時(shí)，采取的是主從聯(lián)動(dòng)的控制方式，通過控制變頻器的輸出轉(zhuǎn)速，從而控制輸入轉(zhuǎn)矩。從機(jī)跟隨主機(jī)運(yùn)行，主機(jī)將運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送給從機(jī)作為從機(jī)運(yùn)行的參考，從機(jī)將運(yùn)行狀態(tài)反饋給主機(jī)，主變頻器與從變頻器的數(shù)據(jù)交換通過光纖通訊線路進(jìn)行快速數(shù)據(jù)交換。主機(jī)、從機(jī)的位置可以根據(jù)皮帶輸送機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置的布置作調(diào)整，方便進(jìn)行主從調(diào)換。

三、系統(tǒng)構(gòu)成

圖2：主從控制系統(tǒng)構(gòu)成

應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)有兩個(gè)滾筒，一個(gè)滾筒由兩臺(tái)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)，另一個(gè)滾筒由第三臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾筒之間通過皮帶連接。現(xiàn)場(chǎng)采用的三臺(tái)合康BPJ系列防爆變頻器分別拖動(dòng)三臺(tái)電機(jī)，其中一臺(tái)變頻器設(shè)為主機(jī)，另外兩臺(tái)變頻器設(shè)為從機(jī)（如上圖所示）。合康BPJ系列防爆變頻器采用無速度傳感器矢量控制，控制精度高，輸出力矩大；主機(jī)的速度輸出作為從機(jī)的速度輸入，從機(jī)還可根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行頻率，跟隨主機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電機(jī)間功率平衡。

整個(gè)系統(tǒng)可以通過變頻器門板上的起動(dòng)和停止按鈕對(duì)變頻器的起動(dòng)與停止進(jìn)行控制，也可以通過皮帶保護(hù)控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，還可以通過通訊到上位機(jī)上進(jìn)行集中控制。

由于現(xiàn)場(chǎng)的皮帶運(yùn)輸機(jī)屬于主巷道運(yùn)輸皮帶機(jī)，需要有優(yōu)異的變頻控制性能和穩(wěn)定的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。鑒于此，合康BPJ系列防爆變頻器在設(shè)計(jì)過程中加入了冗余設(shè)計(jì)，保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備正常運(yùn)行。當(dāng)主變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，變頻器調(diào)速系統(tǒng)會(huì)停止，并通訊給從機(jī)自由停機(jī)命令，從機(jī)系統(tǒng)待機(jī)，用戶可立即更改任意一臺(tái)從變頻器作為主機(jī)，系統(tǒng)可立即恢復(fù)工作狀態(tài)。當(dāng)從變頻器出現(xiàn)故障后，不影響另外兩臺(tái)主從變頻器的正常運(yùn)行，等故障處理完后，變頻器恢復(fù)正常后可立即自動(dòng)投入使用，也可以等系統(tǒng)停車后在下次起動(dòng)的時(shí)候投入使用。

四、合康BPJ系列防爆變頻器在煤礦皮帶機(jī)上的應(yīng)用效果

根據(jù)顯示屏觀察，現(xiàn)場(chǎng)的三臺(tái)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)如下：

（1）空載調(diào)試時(shí)：

（2）運(yùn)煤過程中：

由上圖的運(yùn)行參數(shù)和實(shí)際使用情況來看，采用合康BPJ系列防爆變頻器進(jìn)行調(diào)速具有以下性能優(yōu)勢(shì)：

1、實(shí)現(xiàn)完美的功率平衡

合康BPJ系列防爆變頻器采用無速度傳感器矢量控制技術(shù)，具有平穩(wěn)的重載起動(dòng)和優(yōu)越的過載能力，能實(shí)現(xiàn)完美的功率平衡：三臺(tái)電機(jī)功率平衡誤差小于5%，功率損耗小于2%，功率因數(shù)大于0.95。

2、減少機(jī)械損耗

由于皮帶輸送機(jī)屬于柔性負(fù)載，變頻器的軟起動(dòng)、軟停車特性可以有效降低膠帶張力，減少機(jī)械損耗以及對(duì)機(jī)械負(fù)載的沖擊，還可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3、降低輸出諧波

變頻輸出端增加了濾波與電抗裝置，能有效降低變頻器輸出電流中的高次諧波層，抑制變頻器輸出側(cè)的浪涌電壓，極大提高了電機(jī)的運(yùn)行效率。

4、操作簡便

合康BPJ系列防爆變頻器可隨意調(diào)節(jié)加減速時(shí)間及切換運(yùn)行/檢修狀態(tài)，可設(shè)置慢速、中速、快速三種不同運(yùn)轉(zhuǎn)速度，保證在 0-50Hz任何狀態(tài)下正常運(yùn)行。

5、適應(yīng)多種環(huán)境

本安綜合保護(hù)模塊將非本安數(shù)字量進(jìn)行隔離，最大輸出電壓為24.5V，最大輸出電流為100mA，多種通訊協(xié)議的使用，方便融入集控系統(tǒng)，適合于各種遠(yuǎn)程控制；采用熱管及強(qiáng)制風(fēng)冷，無需引入冷卻水，方便在不同環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)安裝使用，并且沒有漏水及凝露等隱患，保證了設(shè)備安全性。

五、總結(jié)

經(jīng)過半年的運(yùn)行，采用合康BPJ系列變頻調(diào)速后的皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，不僅實(shí)現(xiàn)了皮帶運(yùn)輸機(jī)的軟起動(dòng)、軟停車，還實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速控制和功率平衡雙重調(diào)節(jié)，很大程度地提高了皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的功率因數(shù)和工作效率。合康BPJ系列防爆變頻器在山西煤礦上的成功應(yīng)用為客戶節(jié)省了能源，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型的企業(yè)發(fā)揮了重要的作用。