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变频技术在矿井胶带运输系统的应用

 论文栏目:变频技术论文     更新时间:2018/2/1 10:12:57   

摘要:对矿井胶带运输系统运行情况及其弊端进行了分析,对变频技术进行了研究,重点是矿井运输系统中的防爆变频器应用,希望能够为矿井胶带运输系统安全经济运行提供参考依据。

关键词:变频技术;胶带运输系统;变频器;带式输送机;应用

在矿井采区上下山、地面走廊以及大巷运输时,带式输送机占据了主要地位,如果有故障发生,则会严重影响煤矿的正常安全生产,因此,采取有效措施防止矿井带式输送机发生故障,保证其能够可靠、高效且安全运行成为亟需解决的问题。

1矿井胶带运输系统现状分析

众所周知,煤矿生产处于一个恶劣的环境当中,因为受到地质条件的影响,同时也由于机器设备发生故障,导致矿井中断生产,此时就需要经常启动带式输送机,如果电机使用以往传统控制方式,就会有较大电流产生,这会对电机造成损坏,降低其使用寿命。另外还存在的问题就是为确保运输系统安全可靠运行,所采用的运输设备运能偏大,这就造成设备运行时耗能较大,而效率较低。当前国产钢绳芯带式输送机主要使用的电动机为鼠笼型和绕线型异步电动机。如果有的场所有防爆要求,则采用隔爆型鼠笼异步电动机联合液力耦合器来符合要求,完成多机拖动彼此功率平衡。这样的控制方式缺点在于启动电流大、调速性能差。现代化矿井对带式输送机提出更高要求,主要从以下几点分析:第一,方便操作、控制以及调速,启动特性较好,大启动转矩。第二,有良好的节能作用。第三,性能稳定,维护方便,工作可靠。第四,价格相对不高。

2带式输送机电机启动和调速方法研究

第一,直接启动。该方式转矩大,传力不均匀,电机尾部反应不快,容易堆积,较大的启动电流能够损坏电机。第二,耦合器启动。这种方式慢,只有转矩足够才运转胶带,启动过程易打滑,安全系数低。第三,防爆软启动。此方式启动空载皮带机较为平稳,能够对冲击电流减弱,延长电机等机械使用寿命,缺点是启动不稳。第四,变频器启动。优势是能够在较大范围调速,即使不改变启动转矩,也能够完成重载慢启动,同步性较好,安全性较高,调速性也能符合要求,而且可以以煤流大小来控制转速,节能明显,提升了电机的功率因数。如果没有通过减速器来进行中间缓冲,而是电动机直接连接带式输送机,启动容易发生拉断胶带的现象,这样的后果较为严重,为确保带式输送机可以完成带载软启动,则需要引入液压制动系统,但是这样做的缺点也显而易见,比如负荷大,制动器使用寿命缩短,检修和维护成本增大。

3变频技术分析

3.1通用变频技术

控制直接转矩变频器、矢量控制变频器、VVVF变频器是最常见的交-直-交变频器,共性就是不能四象限运行,如果低功率输入因数,大谐波电流,则需要大储能电容在直流回路中,另外,再生能源不能跟电网反馈。鉴于上述情况,矩阵式交-交变频器应运而生,其没有直流环节,不用投入电解电容,其可实现四象限运行,确保功率因数是1,输入的电流为正弦,功率密度较高。所谓矢量控制变频器,就是把三相坐标系下的交流电流变为两相,根据转子磁场定向旋转变化,把其转成同一坐标系下的等效直流电,通过直流电机控制法,把其控制矢量求出,然后反变换相应坐标控制异步电动机。矢量控制法虽然意义重大,但与实际应用不符,控制效果没有达到预期。因此,直接转矩控制变频技术在1985年被德国科学家提出,其结构简洁、性能良好,很好地解决了上述问题。

3.2防爆变频器技术

其就是把通用变频器置于防爆壳里,达到防爆要求。但是这样的变频器存在不容易散热的问题,变频器中的逆变模块产热最大,其次是整流模块,这些热能的散发问题较难解决。现在最常应用的散热器件是热管散热器,其传热性能好,传热方式有别于Cu、Ag等,比它们类似的实体材料传热性能高上千倍,且简单易修,较为安全可靠,没有噪音。对散热器蒸发段进行分析,人们想到装功率器件,这样使得热量传向冷凝器,起到散热的目的。比如磁通矢量控制隔爆变频器就是一个很好的例子,其能够符合强力带式输送机拖动需求。

4防爆变频器在某矿大巷运输系统应用情况

4.1带式输送机应用变频器后运行性能

1)软启动和软停止性能较好。在0~10min内之间,可以随便调节变频器启动和停止时间,能够令变频器启动更加稳定,同时S型加减速时间的匹配,降低了小启停皮带机的冲击,相比其他驱动设备更好。具体见图1。2)验带功能。变频调速是无级调速,空载验带时,通过变频器能够把怠速调整成额定带速中的任一速度,以完成验带。

4.2使用变频器后节能情况

变频器能够改变电机转速,同时令电机的电压和电流也发生改变,如果变频器实际输出频率<50HZ,那么节电功能就显著。煤矿产煤并不均匀,普通的带式输送机控制方式在无负载和负载不大时,输送机仍旧会高速运行,不利节能,而引入变频控制系统则能够很好地控制电机的电流和电压,极大地降低了设备能耗。

5结语

综上所述,把变频装置引入矿井胶带运输系统中,有效地解决了胶带运输系统和驱动电机事故的发生,既延长了胶带运3)重载启动平稳。变频器使用无速传感器矢量控制之后,即使低频运转,也能够输出大转矩,能够实现1.5倍额定转矩,能够重载启动。4)功率平衡。变频器可把电机速度差进行调整,能够任意增大或者缩小两驱动电机电流差值,通过单独控制系统控制电机电流值,同时对各电机的运行速度进行配合调整,使其电流值达到平衡,具体见图2。通过模拟量信号确定同步速度,如果系统稳定,引入速度下垂控制,能够完成能量均衡,如果同一负载用多台电机驱动,下垂控制较为合适,而此时会发生速度不同步的问题,而把下垂功能引入变频器就会均衡分配负载。

参考文献:

[1]秦鹏.高压变频器在矿井主运输系统中的应用[J].现代工业经济和信息化,2017,7(14):62-64+69.

[2]裴文佳.变频技术在井下胶带运输系统中的应用[J].山西能源学院学报,2017,30(2):47-48.

作者:代曙光 单位:中国平煤神马集团一矿

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