1、前言
    傳統(tǒng)的大功率、長運距帶式輸送機多數(shù)采用多電機配限矩型液力偶合器的驅(qū)動方式，利用真空磁力啟動器直接啟動。滿載時，多電機的同時啟動，使啟動電流過大，對電網(wǎng)的沖擊增大，壓降增加，造成啟動困難。它主要存在以下缺點：事故率高，遇重載時啟動時間過長，易損壞液力偶合器油封，或易熔合金塞熔化噴出油介質(zhì)；液力偶合器啟動沖擊比較大，且高速運轉(zhuǎn)，對減速機高速軸影響很大，容易造成減速機高速軸軸承損壞、機殼磨損等。
    義煤集團公司耿村煤礦井下東區(qū)主帶式輸送機采用4臺電機拖動，由工作在額定轉(zhuǎn)速的4臺200kW1660V異步電動機并聯(lián)拖動，通過液力偶合器、減速機驅(qū)動滾筒，控制方式為常規(guī)三相交流真空接觸器控制，由于電機直接啟動、運轉(zhuǎn)頻繁，接觸器損壞嚴(yán)重，電機經(jīng)常燒損，而且直接啟動使輸送機起動加速度大，對硫化接頭、減速機齒輪、軸承沖擊較大，故障率非常高。為此將控制系統(tǒng)改造為變頻調(diào)速拖動系統(tǒng)，改善其啟動條件，實現(xiàn)輸送機的軟啟動，即在一定的啟動時間內(nèi)，控制啟動加速度，使其按所要求的速度曲線平穩(wěn)地啟動，逐步達到額定運行速度，同時使電機的啟動電流和輸送帶的啟動張力控制在允許范圍內(nèi)。
2、變頻調(diào)速性能分析
    三相交流異步電動機轉(zhuǎn)速為
    在保持p、s不變的條件下，通過改變定子交流電頻率，即可改變同步轉(zhuǎn)速no，就可以實現(xiàn)變頻調(diào)速。因為電動機的轉(zhuǎn)矩是電機的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，電機主磁通在電壓不變時，隨頻率改變而改變。如果主磁通減少，導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)矩減小，主磁通增加，磁路飽和，導(dǎo)致勵磁電流發(fā)生畸變。
    為保證主磁通恒定，充分利用電機額定功率，避免磁通欠勵磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生，在低頻時輸出最大轉(zhuǎn)矩，提高帶負載能力，在變頻的同時還要變壓，實現(xiàn)頻率與電壓協(xié)調(diào)控制，使電機最大轉(zhuǎn)矩保持不變，頻率變化前后過載能力相等，電機在速度變化的動態(tài)過程中輸出恒定轉(zhuǎn)矩，即頻率變化而電機輸出轉(zhuǎn)矩不變，從而可以獲得良好的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性，滿足帶式輸送機恒轉(zhuǎn)矩負載特性的運行要求。其變頻調(diào)速的機械特性如圖1所示。
    通過與以往的定子調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速，液力偶合器調(diào)速等相比較，變頻調(diào)速在調(diào)速范圍、動態(tài)品質(zhì)、系統(tǒng)效率、靜態(tài)精度、完善的保護功能、易實現(xiàn)自動控制和過程控制、多電機功率平衡調(diào)整等方面具有顯著的優(yōu)越性。
3、變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用
    選用VACON公司與上海申地公司生產(chǎn)的BPJl- 250/660型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻器及控制系統(tǒng)，變頻器由32位微處理器控制，采用具有現(xiàn)代先進水平的絕緣柵雙極晶體管作為功率輸出器件，脈沖寬度調(diào)制開關(guān)頻率高，磁通電流控制功能改善了動態(tài)響應(yīng)和電機特性，多臺變頻器采用主從聯(lián)動方式，變頻器通過RS485口進行數(shù)據(jù)交換，主從機雙向通訊。其變頻調(diào)速拖動系統(tǒng)配置原理如圖2所示。
3.1變頻器基本性能參數(shù)
    (1)額定輸入電壓UN: AC660V，50Hz，電壓波動范圍-15%～+10%；
    (2)直流線電壓UDN：(870)  910V；
    (3)輸出頻率^：(0～120Hz u/f =Const)；
    (4)起動頻率：(0.5～50)  hz，頻率分辨率0.01Hz;
    (5)工作溫度：0—40℃；
    (6)冷卻方式：熱管冷卻；
    (7)功率因素：Cos甲>O.9；
    (8)效率：q>O. 97
3.2  變頻器主電路
    變頻器主電路由輸入、整流、濾波、逆變4部分組成，三相交流電經(jīng)整流濾波變?yōu)橹绷鳎�直流再逆變�(yōu)轭l率、電壓任意可調(diào)的三相交流電。直流中間環(huán)節(jié)并聯(lián)電容，由于大電容的作用，主電路直流電壓比較平穩(wěn)，內(nèi)阻很小，具有電壓源特性，屑電壓型變頻器，在調(diào)速系統(tǒng)中，因電機為感性負載，電容同時兼作緩沖無功功率的儲能元件。逆變部分采用絕緣柵雙極晶體管(簡稱IGBT)。逆變部分的每個橋臂均由一個IGBT和一個反向并聯(lián)的續(xù)流二極管所組成，續(xù)流二極管的作用是為負載的滯后電流提供一條反饋到直流電源的通道。為了減少諧波影響提高電機的運行性能，采用對稱的三相正弦波電源為三相交流電動機供電，逆變器采用正弦波脈寬調(diào)制( SPWM)控制方式，整流部分直接采用不可控二極管整流器件，使電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)和波形大為改善。
3.3變頻器主從機的控制
    4臺變頻器之間通過RS485十轉(zhuǎn)換模塊進行相互通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動交換。使用中可以任意設(shè)置其中一臺為主機，主機是變頻器群控中的首機，其他都是從機，在運行中只對主機控制，全部從機同步地自動跟隨主機動態(tài)運行，實現(xiàn)良好的主、從關(guān)系目標(biāo)控制運行模式。主機、從機的加減速時間設(shè)定相同，從機也可以在機群全部停機后或電機接線時，單獨點動運行。主、從機的功率平衡調(diào)試可通過液晶屏設(shè)定功率平衡系數(shù)，0%—200%可調(diào)。在啟動和運行過程中，主從機間相互交換數(shù)據(jù)，當(dāng)主從機不平衡度達到和超過設(shè)定值時，主從機間自動調(diào)整運行參數(shù)，使主從機保持功率平衡。
3.4變頻器的運行、操作和故障維修
    變頻器的操作可以在本機控制，也可以在遠程控制。本機控制是依靠變頻調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)置液晶屏來設(shè)定運行參數(shù)，在液晶屏上進行運行和停止操作。遠控時，通過操作臺來對變頻調(diào)速系統(tǒng)進行外控操作，可以選擇高低速，也可以根據(jù)工況設(shè)定運行頻率。
    在運行中若出現(xiàn)故障，全部機群將以自由停車方式停機，只有排除故障、復(fù)位，在無故障顯示時才能重新啟動運行。變頻器維修的關(guān)鍵是找出初始故障點和故障發(fā)生的關(guān)鍵原因，在處理之前，須對變頻器的工作原理、結(jié)構(gòu)、器件組成、功能等有深入的了解和認(rèn)識，查看值班故障記錄及運行記錄，并查詢、閱讀故障信息，變頻器在運行中若出現(xiàn)故障，液晶屏將顯示故障代碼“Fl”“F2”“F3”等和對應(yīng)故障的英文簡明說明“OC”等，以便于故障的分析和檢查。
4、變頻調(diào)速系統(tǒng)運行情況及經(jīng)濟效益分析
    該系統(tǒng)于2004年10月15日開始調(diào)試，在沒有去掉液力偶合器的情況下試運行成功，并投入正式運行。由調(diào)試和運行情況來看，變頻調(diào)速系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比較，具有以下明顯特點：
    (1)重載啟動平穩(wěn)，無沖擊，同步性好，自動達到功率平衡。主從控制功能實現(xiàn)了良好的四電機同時啟動，確保重載啟動時系統(tǒng)輸出最大轉(zhuǎn)矩，軟啟動過程中幾乎無沖擊，大幅度降低輸送帶硫化接頭的動張力，延長硫化接頭的使用壽命，并降低了對減速機齒輪及軸承的沖擊力。
    (2)電氣保護功能完善。主回路實現(xiàn)無觸點化，運行穩(wěn)定、可靠。變頻裝置具有過電壓、過電流、欠電壓、短路、接地、過載、過熱、橋臂保護等保護功能，并取消了常規(guī)控制中的接觸器等器件，電機燒損率幾乎為零，提高了帶式輸送機的運行可靠性。
    (3)節(jié)能效果明顯，降低用電量，節(jié)約了電費。經(jīng)實際測量，原控制方式空載運行電流為65A，重載運行電流為160～166A；采用交頻調(diào)速后，空載運行電流為48A，重載運行電流為130～140A。4臺電機每小時節(jié)約電能至少為llokWh，按0. 35元/kWh計算，日運行20h，每年可節(jié)約電費28萬元。
    (4)改造后輸送機幾乎是零故障運行，變頻調(diào)速的特性保證了啟動和加速時具有足夠轉(zhuǎn)矩，尤其是有效改善了重載啟動困難問題，最大限度降低了工人的勞動強度。
5、結(jié)語
    通過對帶式輸送機傳統(tǒng)控制方式進行變頻調(diào)速技術(shù)改造，帶式輸送機啟動平穩(wěn)，可以使電機啟動電流限制在額定電流1.5倍以內(nèi)，以選定的加速度平穩(wěn)升速，延長了電機、減速機及膠帶接頭的使用壽命，且節(jié)能效果明顯。