浅谈变频器在带式输送机中的应用

浅谈变频器在带式输送机中的应用【摘要】随着生产的需要，带式运输机的运送长度、运货重量都在逐年增大，用户对输送机的性能要求也越来越高。为了保证运输机的高效运行，减轻对机械和电网的冲击，实现经济效益和社会效益双赢的局面，企业对带式运输机进行了全面的改造升级。把变频调速技术应用到了带式运输机中，减轻了运输负担，提高了经济效益。【关键词】变频调速技术；带式运输机；PLC节能1、带式输送机的运行现状在带式输送机中,胶带是一个弹性体,在静止或运行时胶带内贮藏了大的能盈,在胶带输送机启动过程中,如果不加设软启动装置,胶带内贮藏的能量将很快释放出去,在胶带上形成张力波并迅速沿着胶带传输出去。过大的张力波极易引起胶带被撕断。因此,《煤矿安全规程》规定,带式输送机必须加设软启动装置。目前煤矿采用的软启动装置绝大部分是液力偶合器或CST,但这些一般都只能在工频状态下运行,没有用到变频技术。电机不采用软起软停,启动电流很大,一般为电机额定电流的4-7倍,启动瞬间电流会在启动过程中产生强烈冲击,引起电机内部机械应力和热力发生变化,对机械部分造成严重磨损甚至损坏,同时还将引起电网电压下降,影响到电网内其他设备的正常运行。还有胶带磨损和维护等问题都会给企业带来和很大的损失,这不符合创建节能型社会的要求。2、带式运输机的结构特点了解带式运输机的人都知道，这种运输机的结构复杂，布置宽度尺寸大，需要维修的部位多，能耗也比较高。其驱动装置主要是由电机、联轴器、耦合器、制动器、减速机和滚筒组成的。在带式运输机上采用变频技术可以缩小驱动装置的布置空间，还可以使设备实现软启动，让运输机的运转速度随着输送物资的重量进行变速。这样既提高了运输效率又减少了耗电量，从而节约了成本。3、变频器在带式输送中的应用3、1现代化带式输送机的应用要求带式输送机装料起动时，负载转矩很大，要求电机驱动装置输出起动转矩也足够大，才能保证能使带式输送机顺利起动。双滚筒分别驱动带式输送机需要由两台电机驱动，需要保证这两台电机输出功率相同，即功率均衡，避免电机之间输出功率不同，使出力大的电机出现过载或过流故障。如果带式输送机用于向下运输，则需要考虑制动问题。如果带式输送机使用的环境是在煤矿井下，则需要考虑使用防爆型的驱动装置。3、2变频器的特点变频器实际上就是一个逆变器.它首先是将交流电变为直流电.然后用电子元件对直流电进行开关变为交流电.一般功率较大的变频器用可控硅.并设一个可调频率的装置.使频率在一定范围内可调.用来控制电机的转数.使转数在一定的范围内可调.其传动特点如下：（1）可实现可控起动和停车，并可实现低速验带功能，低速段可长期稳定运行，便于胶带机验带及维修。（2）可实现智能运行（根据运量调带速），通过减低电机输入功率可以达到节能目的，长期运行节能费用可观。（3）多机驱动功率平衡好，速度同步好，精度高；低速运行稳定，起动电流小，功率因数高。（4）技术先进，系统配置简单，标准化程度高，多机驱动容易实现，维护及备件费用低，备件通用容易获得。（5）开放式通讯协议，接口标准化程度高。（6）装置体积小，重量轻，基建投资少，安装维护十分方便，工作环境好，无机械磨损和漏油问题。（7）工作损耗低，传动效率高，线性度好，驱动过程优化。（8）属无级调速，调速范围广，调速运行稳定，可有效避免机械共振，最大限度减小各承载部件的动载荷。（9）可靠性高，在非正常情况下可实现工频旁路运行，且有过流、过压、欠压及过载等多种保护功能。（10）如果采用制动单元和制动电阻，对可能出现的负力矩实施可靠的安全制动。（11）目前，大功率系列尚没有定型防爆产品。因此，交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，在许多系统得到广泛应用。3、3PLC控制技术的应用为了保证带式运输机的运行，实现其变速控制。我们可以在皮带机的部分采用PLC进行变频调速，通过PLC主机、皮带秤称重系统和变频器之间的通讯来达到控制运行速度的目的。采用PLC控制技术具有以下优点：（1）具有远控、近控控制方式；（2）具有集控、就地、检修、调试、闭锁工作方式；遵循“顺煤流停车、逆煤流起车”原则控制皮带机、给煤机等设备的起停；（3）选用进口品牌可编程序控制器（PLC）作为控制核心，充分保证可靠性、实时性；（4）灵活配置的输入输出接口可直接控制外部设备，也可通过ModBus-RTU或ProfiBus-DP接口，实现分布式控制，实现数据远程采集和远程控制；（5）保护功能齐全，具有沿线急停、沿线闭锁、跑偏、堆煤、打滑（超速）、烟雾、超温、洒水、断带、纵撕、煤位，以及电机绕组和轴承超温等保护；（6）可实现起动预警、闭锁报警、故障报警以及各种保护报警的语音报警提示，报警时长可设定；（7）快开门结构使得调试、维护工作更具效率；（8）具有Ethernet光口，易于连接全矿综合自动化系统、其它子系统和智能设备。3、2变频器的应用优势随着科学技术的进步，以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展。交流变频调速技术以其高效的调速性能、显著的节电效果被认为是一种最有前景的交流调速方式。矿用隔爆型兼本质安全型变频器是专为煤矿生产的设备控制装置，适用于三相交流电动机的调速控制，具有启动转矩大、启停平稳等特点，能实现交流电机在各种负荷情况下的平滑启动、调速、停车等功能，彻底消除机械及电气冲击，延长设备使用寿命，尤其对胶带的保护效果特别好，大大延长了胶带的使用寿命，节约了大量资金。变频调速装置可以在很宽的转速范围内保证高功率因素运行(例如19％以上转速时功率因素大于0．96％)，而液力偶合器低速运行时功率因索低于电动机额定功率因素，如果在60％以下转速时，功率因素将低于0．6。采用液力耦合器如果需要提高功率因素，则需要另外加功率因素补偿装置，费时费力。启动、停止性能平稳。胶带的平稳启动降低了对胶带拐弯装置的冲击，保证了胶带拐弯装置的完好；胶带的平稳启动减弱了对胶带的瞬间冲击，避免了段胶带与断胶带扣事故，因为断胶带事故多发生在胶带启动过程中；运料回收过程中的低速运行，保证了运料人员的安全，避免了闭锁不及时带来的工作量及安全隐患。运行可靠、易于维护。液力耦合器机械机构和管路系统复杂，要长期可靠运行，系统维护工作量增大，如果出现故障，无法直接定速运行，必须停机检修。高压变频装电子线路比较复杂，但目前技术已趋成熟，尤其是单元串联多电平方式的高压变频装置具有单元自动切换和冗余运行特性，在单元故障时可不停机连续运行，可靠性得以保证，而且检修维护相当容易，只需定期更换进风滤网即可。调节及控制特性。液力耦合器依靠调节工作腔油量大小改变输出转速，因此响应慢，可能跟不上控制的需要，而变频调速的频率改变速度相当快，完全可以以系统允许的最高速度进行调节。液力耦合器的速度调节精度较低，而变频调速属于数字式控制，其稳频精度高，因此可以实现精确控制。采用变频器与液力耦合器相比，液力耦合器初期投资比变频调速低，但变频调速效果及其他方面均明显优于液力耦合器，以lO00kW电动机为例，应用变频调速比应用液力耦合器每年多节电138万度，如果变频调速比液力耦合器需多投资60万元，则一年多即可收回。以后的运行情况是：变频凋速比液力耦合器每年节省数十万元的开支，因此总体回报效果更佳。4、变频器在带式输送机中的应用优势(1)可控启动和停止停、减少机械冲击;变频调速能使带式输送机从速度为零时迅速启动,并且可以通过调控按照用户实际需求进行平稳均匀地加速,其加速的方式也可以根据需要随意选定,可以设置成线性加速,也可以设置按照一定规律变加速或者自动加速。因此可以减少以往启动时机械的冲击,从而增长设备的使用年限。(2)调节范围宽,满足多种速度运行要求;由电机转速基本公式n=60f(-S)/P可知,转速n与频率f成正比关系,也就是改变频率f就可以是电动机的转速n改变,当频率在0～55Hz变化时,电动机转速调节范围就会明显增大。由于变频器的输出频率范围更大,所以变频调速装置调节的电机,转速范围更宽,能够较好地满足带式输送机运行的多种速度要求。(3)高精度控制、功率平衡性好;目前煤矿井下环境非常恶劣,采用传统方式启动一些大功率的电动机,非常困难。电压、功率损失较大,还不能保证设备的正常运转,且带式输送机使用的变频器大多采用无速度传感器矢量控制方式,该变频调速控制方式可以分别对异步电动机的磁通和转矩电流进行检测、控制,并自动改变电压和频率,使指令值和检测实际值达到一致,该变频调速控制方式大大提升了带式输送机的静态精度和动态品质,使控制精度、功率平衡性都大大提高。(4)可逆运行简单、制动可靠;在变频调速控制中实现带式输送机的可逆运行控制只需通过变频器改变输出电压的相序就可以实现,可逆运行非常简单,克服了以往复杂的操作方式;同时目前四象限运行带能量自动回馈技术的变频调速技术已经相当成熟,负力运行时,系统自动进入回馈制动状态,使带式输送机的运行更加可靠。由此可以看出,变频调速在理论上能够较好地满足带式输送机的特殊运行性能要求,这些在某些实际应用中已经得到了证实。小结：实践证明,变频调速装置用于长距离带式输送机电机控制有显著的经济效益,是一种理想的调速控制方式。它既满足了安全生产的需要,克服了交流电动机直接启动的缺点,又提高了设备的效率,并且大大减少了设备维护维修费用,其直接和间接经济效益十分明显。此外,交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、改善电动机工况性能、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能,高效率、高功率因数和节电效果、广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。参考文献：[1肖守业.浅谈变频器在胶带输送机上的应用[J].中国科技博览.2013.10.228页[2刘士栋,徐清波.变频调速技术分析及在煤矿带式输送机中的应用.[J]科技创新,2006,32:44-46.[3]张利刚.变频调速技术研究与应用概况[J].硅谷，2011（16）.[4]刘玲.交流变频调速技术的优势与应用[J].电气开关，2010（1）.[5]余愚，蒋永华，孙海山.变频调速技术的行业现状与发展趋势[J].世界仪表与自动化，2006（10）.