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摘要：現(xiàn)代煤礦運輸設(shè)備主要為皮帶機(jī)運輸，隨著煤礦運輸能力逐漸提升，皮帶運輸機(jī)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(jī)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(jī)上一主二從的成功應(yīng)用，為大運量皮帶運輸機(jī)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(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，廣泛應(yīng)用于礦山、煤炭、冶金等行業(yè)。在皮帶機(jī)運行過程中，可由一臺或多臺電機(jī)拖動，當(dāng)多臺電機(jī)同時拖動皮帶機(jī)時往往對電機(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，廣泛應(yīng)用于煤礦皮帶運輸機(jī)，解決了多臺電機(jī)功率平衡問題，提高了皮帶機(jī)的運行效率。

一、現(xiàn)場工況

山西長治某煤礦皮帶機(jī)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(jī)驅(qū)動，額定電壓為1140V，額定功率為400kW，風(fēng)冷冷卻。現(xiàn)場采用合康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。

圖1：山西煤礦皮帶機(jī)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(jī)系統(tǒng)多為雙滾筒驅(qū)動或多滾筒驅(qū)動，多臺電機(jī)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(jī)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(jī)將承受較重負(fù)載，速度慢的電機(jī)將會被拖動。為確保皮帶機(jī)系統(tǒng)的運輸能力與安全，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，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(jī)之間的速度差，便可以任意增大或減小多臺電機(jī)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(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。

變頻器帶動皮帶輸送機(jī)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(jī)跟隨主機(jī)運行，主機(jī)將運行數(shù)據(jù)發(fā)送給從機(jī)作為從機(jī)運行的參考，從機(jī)將運行狀態(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)場有兩個滾筒，一個滾筒由兩臺電機(jī)共同驅(qū)動，另一個滾筒由第三臺電機(jī)驅(qū)動，滾筒之間通過皮帶連接。現(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(jī)，其中一臺變頻器設(shè)為主機(jī)，另外兩臺變頻器設(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)載變化自動調(diào)整運行頻率，跟隨主機(jī)運行，實現(xiàn)電機(jī)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(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)場的皮帶運輸機(jī)屬于主巷道運輸皮帶機(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(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(jī)上的應(yīng)用效果

根據(jù)顯示屏觀察，現(xiàn)場的三臺電機(jī)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(jìn)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(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、軟停車特性可以有效降低膠帶張力，減少機(jī)械損耗以及對機(jī)械負(fù)載的沖擊，還可以降低工人的勞動強(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(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(jī)運行狀態(tài)良好，不僅實現(xiàn)了皮帶運輸機(jī)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(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，對于創(chuàng)建 節(jié)能環(huán)保型的企業(yè)發(fā)揮了重要的作用。