摘要：現(xiàn)代煤礦運輸設(shè)備主要為皮帶機運輸，隨著煤礦運輸能力逐漸提升，皮帶運輸機所提供的動力也逐漸增大，繼續(xù)使用傳統(tǒng)的軟啟動器或液力耦合器已無法滿足皮帶運輸機高運量的要求，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上一主二從的成功應(yīng)用，為大運量皮帶運輸機的起動、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：皮帶運輸機具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、部件標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于礦山、煤炭、冶金等行業(yè)。在皮帶機運行過程中，可由一臺或多臺電機拖動，當(dāng)多臺電機同時拖動皮帶機時往往對電機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、過載能力強等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于煤礦皮帶運輸機，解決了多臺電機功率平衡問題，提高了皮帶機的運行效率。

一、現(xiàn)場工況

山西長治某煤礦皮帶機為主巷道運輸設(shè)備，整個設(shè)備的長度為1800米，皮帶的寬度為1.2米，由3臺變頻電機驅(qū)動，額定電壓為1140V，額定功率為400kW，風(fēng)冷冷卻?，F(xiàn)場采用合康BPJ系列礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻器機頭集中驅(qū)動。

圖1：山西煤礦皮帶機應(yīng)用現(xiàn)場

二、主從同步工作方式

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

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

變頻器帶動皮帶輸送機工作時，采取的是主從聯(lián)動的控制方式，通過控制變頻器的輸出轉(zhuǎn)速，從而控制輸入轉(zhuǎn)矩。從機跟隨主機運行，主機將運行數(shù)據(jù)發(fā)送給從機作為從機運行的參考，從機將運行狀態(tài)反饋給主機，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行快速數(shù)據(jù)交換。主機、從機的位置可以根據(jù)皮帶輸送機機械驅(qū)動裝置的布置作調(diào)整，方便進行主從調(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)場有兩個滾筒，一個滾筒由兩臺電機共同驅(qū)動，另一個滾筒由第三臺電機驅(qū)動，滾筒之間通過皮帶連接?，F(xiàn)場采用的三臺合康BPJ系列防爆變頻器分別拖動三臺電機，其中一臺變頻器設(shè)為主機，另外兩臺變頻器設(shè)為從機（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；主機的速度輸出作為從機的速度輸入，從機還可根據(jù)負(fù)載變化自動調(diào)整運行頻率，跟隨主機運行，實現(xiàn)電機間功率平衡。

整個系統(tǒng)可以通過變頻器門板上的起動和停止按鈕對變頻器的起動與停止進行控制，也可以通過皮帶保護控制器進行遠程操作，還可以通過通訊到上位機上進行集中控制。

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

四、合康BPJ系列防爆變頻器在煤礦皮帶機上的應(yīng)用效果

根據(jù)顯示屏觀察，現(xiàn)場的三臺電機運行參數(shù)如下：

（1）空載調(diào)試時：

（2）運煤過程中：

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

1、實現(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)的重載起動和優(yōu)越的過載能力，能實現(xiàn)完美的功率平衡：三臺電機功率平衡誤差小于5%，功率損耗小于2%，功率因數(shù)大于0.95。

2、減少機械損耗

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

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，極大提高了電機的運行效率。

4、操作簡便

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

5、適應(yīng)多種環(huán)境

本安綜合保護模塊將非本安數(shù)字量進行隔離，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)，適合于各種遠程控制；采用熱管及強制風(fēng)冷，無需引入冷卻水，方便在不同環(huán)境現(xiàn)場安裝使用，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)過半年的運行，采用合康BPJ系列變頻調(diào)速后的皮帶運輸機運行狀態(tài)良好，不僅實現(xiàn)了皮帶運輸機的軟起動、軟停車，還實現(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輸機系統(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)濟效益，對于創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型的企業(yè)發(fā)揮了重要的作用。