利德华福高压变频器在天地王坡煤矿皮带机上的应用(一)

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摘要：采用高压变频器拖动带式输送机，是矿井提高皮带寿命、安全可靠性的重要手段。本文通过对液力耦合器与变频器在皮带机应用的比较、变频调速系统结构的分析，结合山西天地王坡煤业有限公司的皮带改造现场，介绍皮带机系统变频改造相关技术，以及高压变频器在皮带机系统上的应用情况。

关键词：皮带机、高压变频器、矢量控制、转矩协调、主从控制

一、 前言

皮带机在煤矿的使用非常普遍。皮带机上的皮带是一个弹性体，因此，《煤矿安全规程》规定，大功率皮带机必须加设软启动装置。目前煤矿采用的软启动装置绝大部分是液力耦合器。还有使用CST的（集变速箱，耦合器，电液控制为一体）。液力耦合器（液耦）虽然能部分解决皮带机的软启动问题，但还是存在维护工作量大，能耗高，对皮带强度要求高等弊端。随着高压变频技术的不断进步和完善，已经逐步取代传统液耦的位置。

二、用户简介

山西天地王坡煤业有限公司是由天地科技股份有限公司、山西省泽州县国有资产管理处和煤炭科学研究总院共同出资组建的有限责任公司，位于煤炭资源储量丰富的山西省晋城市泽州县境内，距晋城市区约28公里，井田面积29.23平方公里，可采储量2.2亿吨，是山西省、晋城市“九五”期间的重点工程项目之一，矿井年设计规模为150万吨。如图1所示：

图1、天地王坡煤矿办公楼

三、应用现场皮带机系统基本情况介绍

皮带机广泛应用于矿山、冶金、煤炭等部门，是煤矿的关键设备，它肩负着矿井上下输送松散物料或成件物品的重任。根据输送工艺要求，可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置型式的作业线需要。

天地王坡煤矿的皮带机，由两台电机拖动（2×1400kW），电机配置在机头。如图2所示：

图2双机驱动示意图

主要参数如下

皮带机参数：

输送量Q=1800t/h；输送长度L=1160m；倾角 θ=17°；带宽B=1200mm；带速V=4.5m/s；胶带ST4000；安全系数m=7.34；功率P=1400×2kW；最大张力S=653570N

电机参数：

型号YB710S2-4；频率范围5-50HZ；功率1400kW；电压6000V；电流159.5A；功率因数0.88

图3皮带机改造现场

四、煤矿皮带机变频调速系统方案设计
首先简要分析在拖动皮带机配置上，传统液耦的劣势及高压变频器的优势。

传统液耦存在的弊端如下：

1、采用液耦，电动机必须先空载启动。工频启动时，最初的电流很大，为电动机额定电流的4～7倍。启动瞬间电流会在启动过程中产生冲击，引起电动机内部机械应力和热应力发生变化，对机械部分造成严重磨损甚至损坏。同时还将引起电网电压的下降，影响到电网内其他设备的正常运行，因此，大容量的皮带机还必须附加电动机软启动设备。如：水电阻；

2、液耦长时间工作时会引起液体温度升高，熔化金合塞，还会引起漏液，增大维护工作量，污染环境；

3、采用液耦时皮带机的加载时间较短，容易引起皮带张力变化，因此对皮带带强度要求较高；

4、一般的皮带机都是长距离大运量，通常都是多电机驱动，采用液耦驱动很难解决多电机驱动时的功率平衡问题。

采用高压变频器对皮带机进行驱动的优势如下：

1、真正实现皮带机软启动。通过电机慢速启动带动皮带机缓慢启动，将胶带内部贮存的能量缓慢释放，可将输送机启停时产生的冲击减至最小，几乎对胶带不造成损害；

2、降低胶带带强。由于变频器启动时间可以在1～3600s内调整，皮带机启动时间通常在60～200s内根据现场情况设定。启动时间延长大大降低对带强的要求，减少设备初期投资。实际应用中，由于降低了启动冲击，机械系统的损耗也随之降低，尤其托辊及滚筒寿命大大延长；

3、实现皮带机多电机驱动时的转矩平衡。应用变频器对皮带机驱动时可以采用一拖一控制，多电机驱动时采用主从或协调柜控制方式，实现转矩平衡；

4、验带功能。低速验带功能是皮带机检修的要求。变频调速系统为无极调速的交流传动系统，在空载验带状态下可调整0～100%额定带速范围内的任意带速；

5、平稳的重载启动。变频器低频运转可输出2.2倍额定力矩，适于重载启动；

6、自动调速。变频器配合煤流传感器可以根据负载轻重自动调节胶带速度，节电的同时还减少了胶带的磨损；

7、节能。对应于煤矿的特殊生产条件，有时，煤的产量是极不均匀的，当然皮带机系统的运煤量也是不均匀的，在负载轻或无负载时，皮带机系统的高速运行对机械传动系统的磨损浪费较为严重，同时电能消耗也较低速运行大的多，但因生产的需要皮带机系统又不能随时停车，采用单独的控制系统对前级运输系统的载荷、本机运输系统的载荷进行分别测量，这样可控制变频器降速或提前升速。对于载荷不均的皮带机系统，可节约电能、降低皮带的磨损。