1 下行皮帶機(jī)及其運(yùn)行原理

　　1.1皮帶機(jī)的組成

　　皮帶輸送機(jī)主要由輸送帶、支承托輥、驅(qū)動(dòng)裝置、制動(dòng)裝置、張緊裝置、改向裝置等部分組成(圖1)。

圖 1 皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

　　1.2皮帶機(jī)工作原理

　　皮帶機(jī)的工作原理是皮帶機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪轂，靠摩擦牽引皮帶運(yùn)動(dòng)，皮帶通過(guò)張力變形和摩擦力帶動(dòng)物體在支撐輥輪上運(yùn)動(dòng)。皮帶是彈性儲(chǔ)能材料，在皮帶機(jī)運(yùn)行和停止時(shí)都儲(chǔ)藏著大量的勢(shì)能，這就決定了皮帶機(jī)在啟動(dòng)和停車時(shí)應(yīng)該采用軟啟動(dòng)和軟停車的方式。

　　1.3 發(fā)電動(dòng)機(jī)四象限工作運(yùn)行分析

　　電機(jī)運(yùn)行在第一、三象限時(shí)為電動(dòng)態(tài)，其定子中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、電機(jī)的輸出電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向同向，電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)力矩，此時(shí)電機(jī)從電網(wǎng)吸收的電能大部分有電磁轉(zhuǎn)矩作用到轉(zhuǎn)子上以機(jī)械能形式輸出。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在第二、四象限時(shí)為再生態(tài)，由于轉(zhuǎn)子切割磁力線的方向發(fā)生了改變，故電機(jī)作用到轉(zhuǎn)子上的帶電磁轉(zhuǎn)矩方向也發(fā)生改變，成為轉(zhuǎn)子的制動(dòng)阻力力矩;此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子被負(fù)載的合成力矩拖著以超過(guò)同步轉(zhuǎn)速的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，負(fù)載作用在皮帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)輪轂上的機(jī)械能有電機(jī)反饋回電網(wǎng)。變頻器驅(qū)動(dòng)三相異步電機(jī)工作在四個(gè)象限的示意圖如2所示。

圖 2 電機(jī)工作在四個(gè)象限的示意圖

　　2 大連港某碼頭介紹以及下行皮帶機(jī)參數(shù)

　　2.1大連港某碼頭介紹

　　大連港是中國(guó)東北地區(qū)承接進(jìn)口礦石的主要港口。位于大孤山半島的大連港某碼頭公司擁有國(guó)內(nèi)最大、最先進(jìn)的30萬(wàn)噸級(jí)礦石專用卸船泊位，吃水-23米，可靠泊目前世界上所有適航的散礦運(yùn)輸船舶。其轉(zhuǎn)水碼頭前沿水深-18.6米，接卸船型卸船為2萬(wàn)噸級(jí)并具備15萬(wàn)噸級(jí)船舶清倉(cāng)作業(yè)能力，裝船為1~7萬(wàn)噸級(jí)。

　　2.2下行皮帶機(jī)參數(shù)，見(jiàn)表1

表 1 下行皮帶機(jī)參數(shù)表

　　3 下行皮帶機(jī)變頻器方案

　　3.1負(fù)載電機(jī)參數(shù)與變頻器選型

　　現(xiàn)場(chǎng)皮帶機(jī)電機(jī)參數(shù)設(shè)置如表2所示。變頻器選型參數(shù)設(shè)置如表3所示。

表 2 皮帶機(jī)電機(jī)參數(shù)

　　表 3 變頻器選型

　　3.2變頻器主回路方案

　　主回路主要由用戶開關(guān)QF、變頻器輸入主斷路器QF1、緩沖接觸器K M4、主回路接觸器K M1、LCL濾波器、整流單元、逆變單元以及輸出電抗器幾部分組成　(圖3)。

圖 3 系統(tǒng)主回路原理圖

　　3.3啟動(dòng)和停車波形

　　皮帶機(jī)空載啟動(dòng)，從輸出轉(zhuǎn)矩曲線判斷，皮帶機(jī)停止時(shí)由于皮帶機(jī)存在慣性，電機(jī)處于臨界發(fā)電狀態(tài)(圖4)。

圖 4 啟動(dòng)時(shí)監(jiān)測(cè)波形

　　停機(jī)時(shí)增加了直流制動(dòng)，停機(jī)采用安全停機(jī)SS1指令，在1 0 0 %轉(zhuǎn)矩制動(dòng)后，逆變輸出持續(xù)1 0 s轉(zhuǎn)矩保持。在100% 流量4000t/h時(shí)停機(jī)穩(wěn)定，不存在下溜情況(圖5)。

　　圖 5 增加直流制動(dòng)皮帶停止時(shí)監(jiān)測(cè)波形

　　4 運(yùn)行數(shù)據(jù)以及效益分析

　　4.1數(shù)據(jù)分析

　　由現(xiàn)場(chǎng)皮帶機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)不難看出，基本處于1000t/h 流量時(shí)，電機(jī)就處于發(fā)電狀態(tài)，發(fā)電功率隨著負(fù)載增加而增加。　　

表 4 試驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)

　　4.2效益分析

　　根據(jù)目前運(yùn)行狀態(tài)，大連港某碼頭某堆場(chǎng)下行號(hào)皮帶機(jī)年運(yùn)行300天，12小時(shí)工作制。滿載80%，半載20% 工作時(shí)間，可以產(chǎn)生的直接效益為：

　　300x12x80%x100x1+300x12x20%x35x1=31.32萬(wàn)元

　　(電費(fèi)按照1元/kW.h)

　　注：以上計(jì)算以實(shí)際工況為準(zhǔn)，僅供參考。

　　采用變頻器驅(qū)動(dòng)皮帶機(jī)帶來(lái)的間接效益包括：

　　? 變頻器軟啟動(dòng)可以降低機(jī)械沖擊：

　　過(guò)大的沖擊轉(zhuǎn)矩往往造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)斷裂和定子端部繞組絕緣磨損，導(dǎo)致?lián)舸龣C(jī);轉(zhuǎn)軸扭曲;軸節(jié)、傳動(dòng)齒輪損傷等;

　　? 變頻器軟啟動(dòng)可以降低電網(wǎng)沖擊：

　　過(guò)大的起動(dòng)電流(空載起動(dòng)電流可達(dá)額定電流的4~7 倍，帶載起動(dòng)時(shí)可達(dá)8~10倍或更大)，會(huì)造成電網(wǎng)電壓下降，影響其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行，還可能使欠壓保護(hù)動(dòng)作，造成設(shè)備的有害跳閘。同時(shí)，過(guò)大的起動(dòng)電流會(huì)使電機(jī)繞組發(fā)熱，從而加速絕緣老化，影響電機(jī)壽命;

　　? 變頻器軟停止可以降低對(duì)生產(chǎn)設(shè)備造成沖擊：

　　起動(dòng)過(guò)程中的受力突變往往造成生產(chǎn)設(shè)備(皮帶)縮短使用壽命，影響傳動(dòng)精度，甚至影響正常的過(guò)程控制。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　大連港某碼頭某堆場(chǎng)下行皮帶機(jī)采用英威騰GD800-26系列四象限變頻器后，既保證了皮帶機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，又將下行皮帶機(jī)這種特殊負(fù)載產(chǎn)生的能量反饋回了電網(wǎng)，同時(shí)也解決了皮帶機(jī)運(yùn)行中的軟啟動(dòng)、軟停止問(wèn)題。由現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用表明，利用先進(jìn)的英威騰GD800-26四象限變頻器， 能夠可靠、高效、穩(wěn)定地拖動(dòng)下行皮帶機(jī)，可大大提高皮帶機(jī)控制的自動(dòng)化程度，降低現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)工作量，給港口、碼頭等企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣