1、交流變頻調(diào)速在煤礦井下鋼繩牽引膠帶輸送機改造中的研究與應用高立廷1、2 劉文勝1（1河南科技大學 河南洛陽 4710002 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院 河南平頂山 467000）摘 要：本文簡述了鋼繩牽引膠帶輸送機運行要求的特殊性能，并對變頻調(diào)速具有的技術性能進行了分析，給出了交流變頻調(diào)速的改造方案，并通過對平煤某礦改造上的應用，驗證了該方案的可行性。關鍵詞：鋼繩牽引膠帶輸送機，交流變頻調(diào)速，改造中圖分類號：TD528 文獻標識碼：B 文章編號：1003-0794（2007）07-0135-03 Research and Application of Alternating Current Fre

2、quency Conversion Speed Syetem on The Transforming of Cable Belt Conveyor under Coal Mine（GAO Liting1.2 LIU Wengsheng1)（1Henan University of Science and Technology，Luoyang471002，China；2Pingdingshan Institute of Technology，Pingdingshan467000，China）Abstract：This paper introduces the extra running requ

3、ire of cable belt conveyor，analyzes the performance of alternating current frequency conversion speed syetem， propounds the transforming method of alternating current frequency conversion speed syetem，and from the application of Pingdingshan Coal Mining Group，testing feasibility of the project。Key w

4、ords：cable belt conveyor；alternating current frequency conversion speed syetem；transforming0 前言鋼繩牽引膠帶輸送機是膠帶輸送機的一種特殊形式，由于其運距長，運量大，壽命長，且具備運煤和乘人雙重優(yōu)點，在國外應用較早；我國20世紀60年代開始采用后，在煤炭行業(yè)得到迅速推廣；由于鋼繩牽引膠帶輸送機的運行工況與通用的帶式輸送機不同，對驅動性能的要求較高，除要求良好的軟啟動、重載啟動、功率平衡等性能外，還要求具備較好的調(diào)速特性及可靠的負力制動特性。因此，目前鋼繩牽引膠帶輸送機的設計多采用直流電機拖動與直流調(diào)速技

5、術，現(xiàn)正在運行的鋼繩牽引膠帶輸送機也大多采用此方案。但由于直流電機、直流調(diào)速裝置不防爆，按照2002年頒布的煤安標志管理辦法，需要對這部分設備進行改造，所以我公司開始了探索交流變頻調(diào)速裝置在鋼繩牽引膠帶輸送機的應用研究。1、 鋼繩牽引膠帶輸送機運行要求的特殊性能。（1）功率平衡 鋼繩牽引帶式輸送機的2根驅動鋼絲繩是由各自的驅動系統(tǒng)驅動，輸送帶通過兩側的繩槽卡在2根鋼絲繩上，因此2根驅動鋼絲繩的張力、線速度必須保持一致；否則就可能造成輸送帶脫繩，影響設備的正常運行。（2）無級調(diào)速 鋼繩牽引帶式輸送機設計要求具有運煤、運人、驗繩3種運行速度，因此要求驅動系統(tǒng)不僅要具備3種運行速度要求，又要求各種速

6、度下均能夠長時間運行，且各速度之間能夠平滑調(diào)整。（3）軟啟動、重載啟動 鋼繩牽引帶式輸送機的輸送帶是平搭在2根鋼絲繩上的，輸送帶基本上平的。為了保證啟動時不滾料及輸送帶與鋼繩之間不打滑，設計時必須具有軟啟動功能；另外帶載停車現(xiàn)象也比較普遍，重載啟動性能也不容忽視。（4）負力制動 由于鋼繩牽引帶式輸送機不僅運煤還要乘人，當下帶乘人（往下運輸）、上帶又無煤時，系統(tǒng)為負力下運制動工況狀態(tài)，所以驅動系統(tǒng)必須具有下運自動回饋制動性能，以利于人員的安全輸送。所以鋼繩牽引帶式輸送機的設計對各種性能要求較為嚴格，普通的調(diào)速與控制系統(tǒng)難以滿足鋼繩牽引帶式輸送機的運行要求。2、 交流變頻調(diào)速的性能特點（1）實現(xiàn)可

7、控啟停、減少機械沖擊。 變頻調(diào)速能在零速啟動，并按照用戶的需要進行光滑地加速，其加速曲線也可以選擇(直線加速、S形加速或者自動加速)。因此啟動沖擊小，設備的使用壽命長。 （2）調(diào)節(jié)范圍寬、滿足多種速度運行要求。 由電機轉速公式n60 f（1s）/p  可知，轉速n與頻率f成正比，改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉速調(diào)節(jié)范圍非常寬。由于變頻器的輸出頻率范圍更大，所以變頻調(diào)速裝置調(diào)節(jié)的電機，轉速范圍更寬，能夠較好的滿足設備運行的多種速度要求。（3）控制精度高、功率平衡性好。 目前煤礦井下用變頻器大多使用無速度傳感器矢量控制方式

8、；該控制方式可以分別對異步電動機的磁通和轉矩電流進行檢測、控制，并自動改變電壓和頻率，使指令值和檢測實際值達到一致，該矢量控制方式大大提升了靜態(tài)精度和動態(tài)品質，使控制精度、功率平衡性都大大提高。（4）可逆運行簡單、負力制動可靠。 在變頻器控制中實現(xiàn)可逆運行控制只需通過變頻器改變輸出電壓的相序即可，可逆運行非常簡單；同時目前四象限運行帶能量自動回饋技術的變頻器已經(jīng)相當成熟，負力運行時，系統(tǒng)自動進入回饋制動狀態(tài)，使運行更加可靠。綜上可以看出，交流變頻調(diào)速在理論上能夠較好的滿足鋼繩牽引帶式輸送機的特殊運行性能要求，但在實際應用中，還需進一步驗證。3、交流變頻調(diào)速在煤礦井下應用上的局限性（1）技術、應

9、用上的局限性交流變頻調(diào)速技術雖然目前的發(fā)展已相當成熟，但大多數(shù)都是應用都是在節(jié)能、調(diào)速上，鋼繩牽引帶式輸送機上應用還較少，無可借鑒的成熟設計、應用經(jīng)驗；雖然普通帶式輸送機上有應用，但主要是用于軟啟動，與鋼繩牽引帶式輸送機的特殊性能要求相差較大，因此實踐上還有待驗證。（2）設備、選型上的局限性目前交流調(diào)速裝置的核心設備防爆變頻器的設計功率還有一定局限，通常在355kW以下，電壓在1140V以下，難以直接滿足現(xiàn)有大功率設計的要求。雖然交流變頻調(diào)速在煤礦井下還有一定的局限性，但變頻調(diào)速在技術上提供了初步的解決方案，如果得到實踐驗證，將為交流變頻調(diào)速在煤礦井下的發(fā)展創(chuàng)造更大的契機。4變頻調(diào)速改造設計方

10、案以平煤某礦鋼繩牽引膠帶輸送機改造為例（1）電機把原設計的2臺500kW，660V，500r/min的直流電機改為4臺250kW，660V，12極防爆交流電機?？紤]到低速運轉時電機轉速較慢，自身風扇冷卻效果較差，選用了水冷電機。（2）交流變頻調(diào)速裝置將原設計的2臺500kW直流調(diào)速裝置更換為4臺功率250kW電壓660V的隔爆兼本安型變頻器；同時變頻器的設計采用四象限設計，具有自動回饋制動性能；為了減少諧波干擾，在變頻器的輸入、輸出側應設置了電抗器，動力電纜和信號電纜采用了屏蔽電纜。5、平煤某礦鋼繩牽引膠帶輸送機交流變頻調(diào)速設計解決方案（1）功率平衡在低速軸段安裝軸軸編碼器，由軸編碼器采樣2根

11、鋼絲繩的線速度，通過PLC控制系統(tǒng)調(diào)整2臺變頻器的速度給定及頻率給定增益，首先確保2根驅動鋼絲繩的線速度一致；在保證線速度一致后，在通過PLC控制系統(tǒng)采樣2臺變頻器的電流值，在通過適當調(diào)整兩電機的速度，使2臺電機電流值逐步趨于平衡，從而確保各電機之間的功率平衡。（2）無級調(diào)速通過調(diào)整變頻器的頻率，調(diào)整電機在5%100%額定速度范圍內(nèi)工作，使運煤、運人、驗繩的速度可以任意設定，并且各速度之間可以無級調(diào)整，使運行更加平穩(wěn)可靠。（3）軟啟動由于變頻器的加減時間可任意調(diào)整（0.19999s），故加減速度可以根據(jù)需要任意設定，通過匹配“S”曲線運行，實現(xiàn)軟啟動運行要求。(4)重載啟動變頻器采用SPWM磁

12、通矢量控制方式，低頻下輸出轉矩大，可達1.52倍額定轉距，有較好的重載啟動效果。(5)負力制動由于變頻器采用四象限設計和自動換向變頻新技術，負力運行時能自動回饋制動，有利于人員的安全輸送。6、平煤某礦鋼繩牽引膠帶輸送機變頻調(diào)速改造應用效果該輸送機技術參數(shù)為：帶寬B=1000mm；傾角=0°15°；運煤長度L=1578m；帶速Vm=2.0m/s，Vr=1.6m/s，Vy=0.6m/s；功率P=4×250kW；運煤Qm=500t/h，運人Qr=1440人/小時；鋼繩直徑=40.5mm；采用防爆交流電機驅動和變頻調(diào)速裝置進行調(diào)速與控制。該改造于2006年3月完成整個設備的安裝及調(diào)試，截止到目前已累計運行近1a，在此期間對設備的各種性能參數(shù)進行了驗證，結果表明各項設計均達到了預期設計效果；實踐證明了變頻調(diào)速改造方案的切實可行性。7、發(fā)展與展望從平煤某礦鋼繩牽引帶式輸送機的防爆變頻調(diào)速改造上來看，該方案能夠滿