变频技术在皮带输送机改造中的应用
周作志
【摘 要】为了实现胶带输送机运输效率提高，运输成本降低，论文针对胶带输送机液压耦合器的启动方式中所存在的不足之处以及采用变频调速技术的优势展开分析。在对三种变频调速方案进行详细分析之后优化主从控制变频调速方案。论文主要研究如何优化输送机启动方案，来实现在矿井运输过程中达到更高的自动化程度，以及降低运输过程中的用电成本。
【Abstract】In order to improve the transportation efficiency and reduce the transportation cost of belt conveyor， this paper analyzes the shortcomings of the starting mode of hydraulic coupler of the belt conveyor， and the advantages of adopting the variable velocity variable frequency technology. After the detailed analysis of three kinds of variable frequency speed control schemes， the master-slave control scheme of variable frequency speed regulation is optimized. The paper mainly studies how to optimize the starting scheme of conveyor， so as to achieve a higher automation degree in the course of mine transportation， and reduce the cost of electricity in the course of transportation.
【關键词】变频器;主-从控制;胶带输送机;软启动
【Keywords】frequency converter; master-slave control; belt conveyor; soft start
【中图分类号】TM921.51? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章编号】1673-1069（2018）12-0128-02
1 引言
胶带运输机是目前在原煤运输中从井下到地面运输过程中最重要的运输设备。因此，想要保证在矿井工作中始终保持高效的工作效率是保证矿井生产能力的基本保障。在《煤矿安全规程》中对胶带输送机的使用提出了一定的要求。具有一定的弹性是保证胶带输送机正常工作的基本保证，所以在矿井工作中必须通过软启动的方式使用胶带输送机，目前，在胶带输送机使用过程中常用启动方式为液力耦合器启动。但是使用该启动方式的缺点就是耗能较高。因此，研究在胶带输送机中更好地应用低能耗变频技术是保证煤矿企业节约能耗，提高企业经济效益的关键。
2传统胶带输送机启动方式存在的问题
2.1 空载启动增加能耗
传统胶带输送机所使用的启动方式为液压耦合器启动，使用该方式时不可以先进行工频启动，因为通常进行工频启动的时候胶带输送机电机上所通过的电流基本会超过其额定电流的三倍以上，如果这个过程中电机的机械应力受到较大的电流通过时会导致瞬间冲击的影响大大增加，因此会对电机内部结构造成严重破坏，所以说在启动时需要先进行空载启动，在这过程中会造成能量的损耗[1]。其次是在胶带输送机启动时使用液压耦合器会造成供电电网电压降低以及电网出现谐波的现象，导致对于其他井下工作的用电设备的正常运转会产生一定的影响，严重者可能会影响井下正常工作进行。
2.2 对皮带强度的要求较高
通过液压耦合器启动胶带输送机需要整个胶带输送机的加载过程在较短的时间内完成，因此启动过程中皮带需要承受比较大的压力，如果皮带的强度无法满足要求，则很容易导致皮带发生断裂，因此在进行皮带的选择时必须是高强度的，防止因为皮带无法承受较高的强度而导致发生损坏对整个皮带输送机造成影响。
2.3 电机功率不平衡
在井下整个原煤运输过程中通过胶带输送机运输的整体运输距离是比较长的，并且原煤运输量比较大，因此往往胶带输送机上所使用的都是双电机驱动。但是，使用该驱动方法存在的弊端就是可能会出现两个电机功率不平衡的现象发生，尤其是在使用液压耦合器启动的时候电机功率不平衡问题并不能得到有效解决。
3 变频启动的技术优势
通过变频启动方式在运转过程中变频器可以直接将直流电转变成交流电，虽然说转变后的交流电是单相或者是三相的，但是和电网输出的交流电相比其电压和频率等方面是不同的。二者之间的差别就是在电机的运行曲线上其曲线可以实现平行下移，同时因为电动机在启动过程中具有较大的扭矩力，可以通过小电流的形式来实现启动重载。因此在应用过程中使用变频技术的具体优势有以下几个方面。
3.1 胶带输送机可以实现缓慢启动
在启动过程中胶带输送机由于其整个运行路径较长，所以电机的启动效率比较慢，因此在胶带输送机的加载过程中消耗大量时间。但是通过电机缓慢启动或者是停止可以让胶带本身所储存的能量缓慢释放，避免胶带输送机在启动或是停止过程中张力发生明显的变化对皮带造成破坏，有效避免了皮带的损坏。
3.2 降低了胶带强度的要求
使用变频技术之后对于胶带强度的要求有所降低，选择胶带时可以根据现场的实际情况来决定，比如说如果胶带输送机的启动时间控制在五分钟之内，只要做到可以和胶带输送机的启动时间所产生的张力相匹配的胶带强度就可以做到使启动过程中所产生的冲击力降低，因此对胶带造成的损耗也会降低，如此便可以降低胶带的使用成本，同时在启动过程中对电机内部结构所造成的破坏也会相对有所降低，电机的使用寿命也会有所提高。
3.3 实现电机的转矩平衡
使用变频方式啟动胶带输送机可以使用一拖一控制方式来实现电机的转矩平衡，使用该方法可以避免使用传统的启动方式带来的弊端，即使用双电机启动所带来的电机运行时功率不平衡的现象。特别是电机在低速运行时所产生的输出力矩可以达到额定力矩的两倍，可以实现胶带输送机的平稳重载启动。
3.4 自动调速功能以及节能
在煤流传感器的作用之下，对于输送机的运输速度可以通过变频系统和皮带相结合进行自动调整，会在一定程度上降低皮带的磨损程度，从而延长皮带的使用寿命。在交流传统系统中，如果胶带输送机在送机空载运转时可以实现额定带速内皮带运行速度的随意调整，也可以实现皮带的低速运转，因此也就可以完成在低运转速度之下实现皮带的检修工作，大大节省了时间以及劳动强度，同时也提高了工作效率。因为在煤矿工作所采用的作业制度为三八制度作业，所以每班开采的煤矿数量是不同的。所以说在不同的时间段胶带输送机所运输的煤量是不同的，如果运煤量较小而皮带却仍保持高速运转状态则相对产生的能耗是比较大的，因此将变频器和皮带的负载情况相结合可以有效实现胶带输送机运行速度的随意调整，如此可以在很大程度上降低电能的消耗。
4 皮带输送机变频调速技术方案分析
采用双电机驱动，将两台电机都安装在胶带输送机的两端，在使用传统的液压耦合器启动胶带输送机时会导致运行过程中经常出现皮带跑偏或者是断裂的情况，该过程不仅增加了电力损耗，同时也增加了机器的检修成本，因此以下提出基于变频技术的皮带输送机启动方式的优化方案。
本文主要提出了三种调速方案并通过其优缺点对比分析，选择最符合实际情况的调速方式。选择的第一种方案为一拖多方案，该方法主要使用对象为电动机额定功率较小并且电机的控制数量小于三台的情况下选择，该方法具有成本低的优势。第二种选择方案为主从控制方案，该方案在电机数量少于三台的时候可以保证所有的电机输出功率一致，因此整体控制系统相对较为简单;使用的第三种方案为同一控制方案，该方案主要适用于电机的数量大于三台的时候，使用该方案往往整体控制系统较为复杂。
在胶带输送机使用过程中为了使其更好的达到负载平衡，对三种方案的优缺点进行对比分析，其中方案二更加适用于双电机工作的胶带输送机进行调速。主要改造为一台作为主变频控制器，该变频器的主要作用是保证电机的额定输出转矩，而另一台变频器在主变频器的控制下，两者之间的运行保持同步，改造后所使用的主控和从控的变频器都具有报警逻辑信号输出以及和外部信号连锁控制的两种功能，主变频器可以接收远程和内部信号指令，同时也可以接收从变频器所发出的相关指令，而从变频器也可以接收内外部以及主控变频器的指令。两个变频器所采用的都是速度传感器控制技术，转速的精度可以控制在0.5%以内。
通过该方案的使用输送机的功率只达到了额定功率的60%左右，平均每台电机可以节省大约2.2kW功率，每年所节省的电能是十分可观的，一台电机一年可以节省近两万元的电费，具有比较理想的节能效果。
5 结语
通过两种变频控制方案的选择，实现了胶带输送机工况的有效调节，同时也可以更好地提高整个矿井输出系统的自动化程度。并且在工程施工过程中的用电成本明显降低，对于井下工作实现节能降耗是非常有意义的。此外通过变频技术的应用能够使皮带低速检修频率降低，不仅降低了人工劳动强度、节省了检修时间，同时也提高了检修过程中的工作效率。对于皮带的磨损程度以及内部构建的破坏等也明显降低，该方案是一种值得推广的方案。
【参考文献】
【1】杜晓林， 王芳. UP10变频器在煤矿皮带输送机上的应用[J]. 科技创新与生产力， 2012（5）：107-109.
【摘 要】为了实现胶带输送机运输效率提高，运输成本降低，论文针对胶带输送机液压耦合器的启动方式中所存在的不足之处以及采用变频调速技术的优势展开分析。在对三种变频调速方案进行详细分析之后优化主从控制变频调速方案。论文主要研究如何优化输送机启动方案，来实现在矿井运输过程中达到更高的自动化程度，以及降低运输过程中的用电成本。
【Abstract】In order to improve the transportation efficiency and reduce the transportation cost of belt conveyor， this paper analyzes the shortcomings of the starting mode of hydraulic coupler of the belt conveyor， and the advantages of adopting the variable velocity variable frequency technology. After the detailed analysis of three kinds of variable frequency speed control schemes， the master-slave control scheme of variable frequency speed regulation is optimized. The paper mainly studies how to optimize the starting scheme of conveyor， so as to achieve a higher automation degree in the course of mine transportation， and reduce the cost of electricity in the course of transportation.
【關键词】变频器;主-从控制;胶带输送机;软启动
【Keywords】frequency converter; master-slave control; belt conveyor; soft start
【中图分类号】TM921.51? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章编号】1673-1069（2018）12-0128-02
1 引言
胶带运输机是目前在原煤运输中从井下到地面运输过程中最重要的运输设备。因此，想要保证在矿井工作中始终保持高效的工作效率是保证矿井生产能力的基本保障。在《煤矿安全规程》中对胶带输送机的使用提出了一定的要求。具有一定的弹性是保证胶带输送机正常工作的基本保证，所以在矿井工作中必须通过软启动的方式使用胶带输送机，目前，在胶带输送机使用过程中常用启动方式为液力耦合器启动。但是使用该启动方式的缺点就是耗能较高。因此，研究在胶带输送机中更好地应用低能耗变频技术是保证煤矿企业节约能耗，提高企业经济效益的关键。
2传统胶带输送机启动方式存在的问题
2.1 空载启动增加能耗
传统胶带输送机所使用的启动方式为液压耦合器启动，使用该方式时不可以先进行工频启动，因为通常进行工频启动的时候胶带输送机电机上所通过的电流基本会超过其额定电流的三倍以上，如果这个过程中电机的机械应力受到较大的电流通过时会导致瞬间冲击的影响大大增加，因此会对电机内部结构造成严重破坏，所以说在启动时需要先进行空载启动，在这过程中会造成能量的损耗[1]。其次是在胶带输送机启动时使用液压耦合器会造成供电电网电压降低以及电网出现谐波的现象，导致对于其他井下工作的用电设备的正常运转会产生一定的影响，严重者可能会影响井下正常工作进行。
2.2 对皮带强度的要求较高
通过液压耦合器启动胶带输送机需要整个胶带输送机的加载过程在较短的时间内完成，因此启动过程中皮带需要承受比较大的压力，如果皮带的强度无法满足要求，则很容易导致皮带发生断裂，因此在进行皮带的选择时必须是高强度的，防止因为皮带无法承受较高的强度而导致发生损坏对整个皮带输送机造成影响。
2.3 电机功率不平衡
在井下整个原煤运输过程中通过胶带输送机运输的整体运输距离是比较长的，并且原煤运输量比较大，因此往往胶带输送机上所使用的都是双电机驱动。但是，使用该驱动方法存在的弊端就是可能会出现两个电机功率不平衡的现象发生，尤其是在使用液压耦合器启动的时候电机功率不平衡问题并不能得到有效解决。
3 变频启动的技术优势
通过变频启动方式在运转过程中变频器可以直接将直流电转变成交流电，虽然说转变后的交流电是单相或者是三相的，但是和电网输出的交流电相比其电压和频率等方面是不同的。二者之间的差别就是在电机的运行曲线上其曲线可以实现平行下移，同时因为电动机在启动过程中具有较大的扭矩力，可以通过小电流的形式来实现启动重载。因此在应用过程中使用变频技术的具体优势有以下几个方面。
3.1 胶带输送机可以实现缓慢启动
在启动过程中胶带输送机由于其整个运行路径较长，所以电机的启动效率比较慢，因此在胶带输送机的加载过程中消耗大量时间。但是通过电机缓慢启动或者是停止可以让胶带本身所储存的能量缓慢释放，避免胶带输送机在启动或是停止过程中张力发生明显的变化对皮带造成破坏，有效避免了皮带的损坏。
3.2 降低了胶带强度的要求
使用变频技术之后对于胶带强度的要求有所降低，选择胶带时可以根据现场的实际情况来决定，比如说如果胶带输送机的启动时间控制在五分钟之内，只要做到可以和胶带输送机的启动时间所产生的张力相匹配的胶带强度就可以做到使启动过程中所产生的冲击力降低，因此对胶带造成的损耗也会降低，如此便可以降低胶带的使用成本，同时在启动过程中对电机内部结构所造成的破坏也会相对有所降低，电机的使用寿命也会有所提高。
3.3 实现电机的转矩平衡
使用变频方式啟动胶带输送机可以使用一拖一控制方式来实现电机的转矩平衡，使用该方法可以避免使用传统的启动方式带来的弊端，即使用双电机启动所带来的电机运行时功率不平衡的现象。特别是电机在低速运行时所产生的输出力矩可以达到额定力矩的两倍，可以实现胶带输送机的平稳重载启动。
3.4 自动调速功能以及节能
在煤流传感器的作用之下，对于输送机的运输速度可以通过变频系统和皮带相结合进行自动调整，会在一定程度上降低皮带的磨损程度，从而延长皮带的使用寿命。在交流传统系统中，如果胶带输送机在送机空载运转时可以实现额定带速内皮带运行速度的随意调整，也可以实现皮带的低速运转，因此也就可以完成在低运转速度之下实现皮带的检修工作，大大节省了时间以及劳动强度，同时也提高了工作效率。因为在煤矿工作所采用的作业制度为三八制度作业，所以每班开采的煤矿数量是不同的。所以说在不同的时间段胶带输送机所运输的煤量是不同的，如果运煤量较小而皮带却仍保持高速运转状态则相对产生的能耗是比较大的，因此将变频器和皮带的负载情况相结合可以有效实现胶带输送机运行速度的随意调整，如此可以在很大程度上降低电能的消耗。
4 皮带输送机变频调速技术方案分析
采用双电机驱动，将两台电机都安装在胶带输送机的两端，在使用传统的液压耦合器启动胶带输送机时会导致运行过程中经常出现皮带跑偏或者是断裂的情况，该过程不仅增加了电力损耗，同时也增加了机器的检修成本，因此以下提出基于变频技术的皮带输送机启动方式的优化方案。
本文主要提出了三种调速方案并通过其优缺点对比分析，选择最符合实际情况的调速方式。选择的第一种方案为一拖多方案，该方法主要使用对象为电动机额定功率较小并且电机的控制数量小于三台的情况下选择，该方法具有成本低的优势。第二种选择方案为主从控制方案，该方案在电机数量少于三台的时候可以保证所有的电机输出功率一致，因此整体控制系统相对较为简单;使用的第三种方案为同一控制方案，该方案主要适用于电机的数量大于三台的时候，使用该方案往往整体控制系统较为复杂。
在胶带输送机使用过程中为了使其更好的达到负载平衡，对三种方案的优缺点进行对比分析，其中方案二更加适用于双电机工作的胶带输送机进行调速。主要改造为一台作为主变频控制器，该变频器的主要作用是保证电机的额定输出转矩，而另一台变频器在主变频器的控制下，两者之间的运行保持同步，改造后所使用的主控和从控的变频器都具有报警逻辑信号输出以及和外部信号连锁控制的两种功能，主变频器可以接收远程和内部信号指令，同时也可以接收从变频器所发出的相关指令，而从变频器也可以接收内外部以及主控变频器的指令。两个变频器所采用的都是速度传感器控制技术，转速的精度可以控制在0.5%以内。
通过该方案的使用输送机的功率只达到了额定功率的60%左右，平均每台电机可以节省大约2.2kW功率，每年所节省的电能是十分可观的，一台电机一年可以节省近两万元的电费，具有比较理想的节能效果。
5 结语
通过两种变频控制方案的选择，实现了胶带输送机工况的有效调节，同时也可以更好地提高整个矿井输出系统的自动化程度。并且在工程施工过程中的用电成本明显降低，对于井下工作实现节能降耗是非常有意义的。此外通过变频技术的应用能够使皮带低速检修频率降低，不仅降低了人工劳动强度、节省了检修时间，同时也提高了检修过程中的工作效率。对于皮带的磨损程度以及内部构建的破坏等也明显降低，该方案是一种值得推广的方案。
【参考文献】
【1】杜晓林， 王芳. UP10变频器在煤矿皮带输送机上的应用[J]. 科技创新与生产力， 2012（5）：107-109.
