皮带运输机电机调速系统改进应用分析

董常有

摘 要：皮带输送机启动采用液力耦合方式存在能耗大，污染环境以及启动过程中皮带受到张力过大，多台驱动电机间转矩不均衡等问题，在对变频控制原理进行分析基础上，提出采用变频控制代替原有的液力耦合控制方式实现皮带输送机的软启动。并根据现场实际情况确定变频控制的启动方案为主—从控制方式，现场应用结果表明，变频控制不仅可以实现皮带输送机的软启动，而且还可以降低皮带输送机电能消耗，增加自动化控制水平，提高运输效率。

关键词：皮带输送机液力耦合器;变频控制

皮带输送机是井下的重要运输设备，其能够高效运行之间关系到矿井的生产。现阶段我国矿井皮带输送机的启动方式通常采用液力耦合器，这种启动方式存在污染环境，能效低，多电机启动时力矩不平衡等问题。将皮带输送机启动采用变频控制者可以较好的避免上述问题。文中以山西某矿采用的皮带输送机为研究对象，对变频控制替代原有的液力耦合启动进行分析研究，以期能更好的促进矿井生产。

1 皮带输送机驱系统

该矿井下采用的皮带输送机采用双电机驱动方式，电机（型号为YB710S2-4）的输出功率均为1400kW，电机布置在皮带输送机机头位置，具体的驱动电机布置如图1所示。该皮带输送机原采用的启动方式为液力耦合启动，皮带机启动过程中多次出现故障，检修工作量大，同时液力耦合启动耗电量大，影响矿井的经济效益。具体的驱动电机参数如表1所示。

2 液力耦合启动问题分析

采用液力耦合器对皮带输送机进行软启动时首先需要空载进行启动，主要是因为当电机的启动频率是工作频率时，启动时的瞬间电流可以达到电机额定电流值的4倍，瞬间增大的电流会给驱动电机较大的冲击，容易引起电机出现故障;同时空载启动同样会给供电系统造成一定的冲击，如电压降低，给电网中的其他电气设备造成影响。为了避免上述问题出现，通常在液力耦合器上加装额定的设备，最常用的是水电阻。当液力耦合器长时间工作时，安装的水电阻内部温度较高，当达到一定的限值时，会引起内部的合金塞融化，造成液体泄漏，不仅污染外界环境，同样增加设备的维修工作量。

采用液力耦合器进行软启动，要求皮带输送机在较短的时间内从速度为0提升到额定运转速度，皮带输送机在启动过程中受到较大的张力，因此，需要额外的对皮带输送机的强度进行补强，避免在启动过程中出现皮带机断裂情况;井下布置的皮带输送机运输距离往往比较长，运输任务繁重，往往采用多部驱动电机接力方式带动皮带机进行运转。此时采用液力耦合器启动方式就会造成多部驱动电机的转矩不均衡，这种转矩不均衡是液力耦合器无法解决的问题。

3 变频控制分析

3.1 变频启动工作原理

皮带输送机采用变频器将最初的输入的三相或者单向交流电变成直流电，其次再将直流电变成交流电输出，输出的交流电频率与输入的交流电不同，电机只需要在较小的电流值下就可以取得较大的转动扭矩，使得驱动电机能够在较小的输入电流就可以实现皮带输送机的重载荷启动[5-6]。具体的变频器调速与接线示意图如图2所示。皮带输送机的软启动时在驱动电机缓慢启动的基础上进行的，降低启动时对皮带的冲击力，避免在启动过程中出现皮带断裂情况。

3.2 调速方案确定

由于皮带输送机载荷较重，通常采用多台输送机接方式，这时就需要注意各个输送机驱动电机的协调问题。由于驱动电机的动力输出是通过皮带耦合实现，若驱动电机有滑差，则会造成变频器间输出频率出现一定偏差，从而造成驱动电机输出的力矩不均衡，严重时会引起故障。

根据分项，现场常用的驱动电机驱动方案主要有3种：①主—从控制方式。这种驱动控制方式要求驱动电机的数量在3台以上，各个驱动电机间间距小，以便满足各个电机输出扭矩间的平衡;②一拖多并联运行方式。该控制方式适用于电机数量在3台一下，单台电机的输出功率小，且成本要求底的变频控制系统;③统一控制方案。该方案适用于电机数量在3台以上，电机输出功率大，且距离长的复杂情况。

根据矿井实际情况以及各种调速控制方案适用性，决定采用主—从控制方案。选择一台变频器作为主控制器确定电机输出扭矩，另外的电机作为从控制器与主控制器保持同步，变频调速控制只对电机的输出力矩进行控制，不控制电机转速，具体的控制方案具体如图3所示。

为了保证电机的运转精度，将不同电机间的精度控制在0.5%以下，可以采用无速度矢量控制方式，若对精度控制在0.1%以下时，可以采用速度传感器。

4 效果分析

采用主—从变频调速控制方式在矿井皮带输送机调速控制的应用结果表明，该控制方式可以实现皮带输送机的软启动，降低电机损耗、运输成本实现皮带输送机的自动化控制，同时还可以降低皮带机的维护工作量，具有显著的经济效益。

5 总结

采用变频控制方式来替代矿井原采用的液力耦合器方式实现皮带输送机的软启动，并根据矿井实际情况，确定采用主—从调速控制方案，解决了驱动电机转矩不均衡问题。同时采用变频控制可以根据皮带输送机运送载荷对皮带运行速度进行控制，降低输送机的电能消耗，达到降低运输成本，增加自动化控制水平的目的。为其他矿井皮带输送机的控制改造提供了一定的借鉴。

参考文献：

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