膠帶輸送機(jī)是由撓性帶承載物料的連續(xù)輸送設(shè)備，它廣泛地使用在礦山企業(yè)的井下巷道、礦井地面運(yùn)輸系統(tǒng)、露天采礦場(chǎng)及選礦廠中。針對(duì)國內(nèi)現(xiàn)有大多數(shù)煤礦的皮帶輸送機(jī)一般都采用工頻拖動(dòng)，較少使用變頻器驅(qū)動(dòng)。由于電機(jī)長期工頻運(yùn)行加之液力耦合器效率等問題，造成皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行起來非常不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)由于電機(jī)無法采用軟起軟停，在機(jī)械上產(chǎn)生劇烈沖擊，加速機(jī)械的磨損。
變頻調(diào)速是近二十年來興起的一門新技術(shù)，它是通過改變電源頻率來實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)，因其具有調(diào)速平穩(wěn)、瞬態(tài)穩(wěn)定性高、節(jié)能等特性越來越被人們所重視。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷成熟，變頻調(diào)速裝置在皮帶運(yùn)輸設(shè)備上的應(yīng)用也越來越廣泛。
1、膠帶輸送機(jī)的工作原理
膠帶輸送機(jī)工作原理：皮帶機(jī)通過驅(qū)動(dòng)輪鼓，靠摩擦牽引皮帶運(yùn)動(dòng)，皮帶通過張力變形和摩擦力帶動(dòng)物體在支撐輥輪上運(yùn)動(dòng)。皮帶是彈性儲(chǔ)能材料，在皮帶機(jī)停止和運(yùn)行時(shí)都儲(chǔ)存有大量勢(shì)能，這就決定了皮帶機(jī)的啟動(dòng)時(shí)應(yīng)該采用軟啟動(dòng)的方式。國內(nèi)大多數(shù)煤礦采用液力耦合器來實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)，在起動(dòng)時(shí)調(diào)整液力耦合器的機(jī)械效率為零，使電機(jī)空載啟動(dòng)。雖然有的采用了轉(zhuǎn)子串接電阻改善啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和降壓空載啟動(dòng)等方法，但電機(jī)的起動(dòng)電流仍然很大，不僅會(huì)引起電網(wǎng)電壓的劇烈波動(dòng)，還會(huì)造成電機(jī)內(nèi)部機(jī)械沖擊和發(fā)熱等現(xiàn)象。同時(shí)采用液力耦合器軟起皮帶時(shí)，由于起動(dòng)時(shí)間短，加載力大容易引起皮帶斷裂和老化，要求皮帶的強(qiáng)度高。加之液力耦合起長時(shí)間工作會(huì)引起其內(nèi)部油溫升高、金屬部件磨損、泄漏及效率波動(dòng)等情況發(fā)生，不僅會(huì)加大維護(hù)難度和成本、污染了環(huán)境，還會(huì)使多機(jī)驅(qū)動(dòng)同一皮帶時(shí)難以解決功率平均和同步問題。
2變頻器的概念及在膠帶輸送機(jī)中的運(yùn)用
2 1變頻器的基本概念
(1)VVVF 改變電壓、改變頻率(Variable Voltage and VariableFrequency)的縮寫。
(2)CVCF 恒電壓，恒頻率(Constant Voltage and ConstantFrequency)的縮寫。
各國使用的交流供電電源，無論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均200V/60Hz(50Hz)或100V/60Hz(50Hz)。通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電(DC)。然后再把直流電(DC)變換為三相或單相交流電(AC)，我們把實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置稱為“變頻器”(inverter)。
變頻器也可用于家電產(chǎn)品。使用變頻器的家電產(chǎn)品中不僅有電機(jī)（例如空調(diào)等），還有熒光燈等產(chǎn)品。用于電機(jī)控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。但用于熒光燈的變頻器主要用于調(diào)節(jié)電源供電的頻率。汽車上使用的由電池（直流電）產(chǎn)生交流電的設(shè)備也以“invert,er”的名稱進(jìn)行出售。變頻器的工作原理被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。例如計(jì)算機(jī)電源的供電，在該項(xiàng)應(yīng)用中，變頻器用于抑制反向電壓、頻率的波動(dòng)及電源的瞬間斷電
2.2電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為什么能自由的改變？
r/min電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位：每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也可表示為rpm。例如：4極電機(jī)60Hz l，800 [r/min]，4極電機(jī)50Hz l，500 [r/min]，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例。
本文中所指的電機(jī)為感應(yīng)式交流電機(jī)，在工業(yè)領(lǐng)域所使用的大部分電機(jī)均為此類型電機(jī)。感應(yīng)式交流電機(jī)（以后簡(jiǎn)稱為電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)速度近似地取決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。電機(jī)的扳數(shù)是固定不變的。由于極數(shù)值不是…個(gè)連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為，所以不適臺(tái)改變極對(duì)數(shù)來調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。另外，頻率是電機(jī)供電電源的電信號(hào)，所以該值能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。
n= 60f/p，n：同步速度，f：電源頻率，p：電機(jī)極數(shù)，改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法。如果僅改變頻率，電機(jī)將被燒壞。特別是當(dāng)頻率降低時(shí)，該問題就非常突出。為了防止電機(jī)燒毀事故的發(fā)生，變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓，例如：為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這時(shí)變頻器的輸出電壓就必須從200V改變到約100V。 例如：為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這時(shí)變頻器的輸出電壓就必須從200V改變到約100V。
2 3變頻器的檢修原理
在實(shí)際經(jīng)驗(yàn)檢修中，一般在沒有變頻器電路原理圖情況下，變頻器多由主電路電力電子元件的損壞造成。對(duì)于主回路部分首先應(yīng)判斷故障范圍，給變頻器上電，測(cè)量直流母線電壓值是否等于輸入電壓有效值的1,35倍。若電壓正常可分判斷逆變部分故障，否則可能是整流功率元件、預(yù)充電回路或?yàn)V波電容等元件損壞。
對(duì)于少數(shù)內(nèi)部有接觸器的變頻器，接觸器是直流母線預(yù)充電部分，其啟動(dòng)是由變頻器上電后，自檢測(cè)無故障報(bào)警信號(hào)和給定“啟動(dòng)”信號(hào)后才啟動(dòng)接觸器。接觸器如果不啟動(dòng)沒有直流母線電壓，就無法判斷故障范圍。首先，模擬給定逆變部分“無故障”反饋信號(hào)和外部啟動(dòng)信號(hào)，人為讓接觸器吸合，可測(cè)量到直流母線電壓，根據(jù)直流電壓大小判斷故障范圍，方法同上。注意啟動(dòng)預(yù)充電接觸器前，給定的信號(hào)有時(shí)是脈沖觸發(fā)信號(hào)而不是電平信號(hào)。
2 4變頻器制動(dòng)的有關(guān)問題
(1)制動(dòng)的概念：指電能從電機(jī)側(cè)流到變頻器側(cè)（或供電電源側(cè)），這時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速．負(fù)載的能量分為動(dòng)能和勢(shì)能．動(dòng)能（由速度和重量確定其大�。╇S著物體的運(yùn)動(dòng)而累積。當(dāng)動(dòng)能減為零時(shí)，該事物就處在停止?fàn)顟B(tài)。機(jī)械抱閘裝置的方法是用制動(dòng)裝置把物體動(dòng)能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉。對(duì)于變頻器，如果輸出頻率降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速將跟隨額率同樣降低。這時(shí)會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)過程，由制動(dòng)產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè)。這些功率可以用電阻發(fā)熱消耗。在用于提升類負(fù)載，在下降時(shí)，能量（勢(shì)能）也要返回到變頻器（或電源）側(cè)，進(jìn)行制動(dòng)．這種操作方法被稱作”再生制動(dòng)”，而該方法可應(yīng)用于變頻器制動(dòng)。在減速期間，產(chǎn)生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到變頻器電源側(cè)的方法叫做”功率返回再生方法”。在實(shí)際中，這種應(yīng)用需要”能量回饋單元”選件。
(2)怎樣提高制動(dòng)能力
為了用散熱來消耗再生功率，需要在變頻器側(cè)安裝制動(dòng)電阻。為了改善制動(dòng)能力，不能期望靠增加變頻器的容量來解決問題。請(qǐng)選用”制動(dòng)電阻”、“制動(dòng)單元”或“功率再生變換器”等選件來改善變頻器的制動(dòng)容量。
2 5當(dāng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩改變時(shí)其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)怎樣？
1、工頻電源由電網(wǎng)提供的動(dòng)力電源（商用電源）
(2)：起動(dòng)電流當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器的輸出電流變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動(dòng)。
我們經(jīng)常聽到下面的說法：”電機(jī)在工頻電源供電時(shí)(*1)時(shí)，電機(jī)的起動(dòng)和加速?zèng)_擊很大，而當(dāng)使用變頻器供電時(shí)，這些沖擊就要弱一些”。如果用大的電壓和頻率起動(dòng)電機(jī)，例如使用工頻電網(wǎng)直接供電，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的起動(dòng)沖擊(大的起動(dòng)電流(+2))。而當(dāng)使用變頻器時(shí)，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要小于工頻電網(wǎng)供電的轉(zhuǎn)矩值。所以變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)起動(dòng)電流要小些。通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減小（速度降低）而減些溴減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊(cè)中會(huì)給出說明。通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)變頻器調(diào)速到大于60Hz頻率時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低。通常的電機(jī)是按50Hz(60Hz)電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。(T=Te，P<=Pe)變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當(dāng)電機(jī)以大于60Hz頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。舉例，電機(jī)在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1／2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速(P=Ue*le)。
2 6檢修變頻器的安全注意事項(xiàng)
檢修作業(yè)前應(yīng)注意安全，最好有專人監(jiān)護(hù)，確保人身、設(shè)備安全，不要人為將故障擴(kuò)大。切忌將變頻器的輸入輸出端接反，否則直接損壞變頻器；在檢修過程中注意變頻器停電后直流母線上會(huì)有高壓，應(yīng)等待5分鐘以上，方可觸摸，或者人為對(duì)電容放電，按電容放電標(biāo)準(zhǔn)安全作業(yè)，放完電后方可繼續(xù)作業(yè)；變頻器在通電待機(jī)狀態(tài)下或已啟動(dòng)在給定零轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，其輸出端三相對(duì)地都有直流200v左右高壓，請(qǐng)注意人身安全；在對(duì)控制板檢測(cè)時(shí)最好不要用手觸摸板上集成芯片的管腳，以防靜電損壞集成芯片，造成不必要的損失。
3、皮帶運(yùn)輸變頻調(diào)速控制設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1)真正實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的軟起動(dòng)。運(yùn)用變頻器的軟起動(dòng)功能，將電機(jī)的軟起動(dòng)和皮帶機(jī)的軟起動(dòng)合二為一，通過電機(jī)的慢速起動(dòng)．帶動(dòng)皮帶機(jī)緩慢起動(dòng)，將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，使皮帶機(jī)在起動(dòng)過程中形成的張力波極小，幾乎對(duì)皮帶不造成損害。
2)實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡。應(yīng)用變頻器對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，一般采用一拖一控制，當(dāng)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，采用主從控制，實(shí)現(xiàn)功率平衡。在河南某煤礦主井皮帶為3×135KW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用主從控制后，輕載時(shí)主從電機(jī)電流相差<?xml：namespace prefix=stl />5A左右，滿載時(shí)相差2A左右�；緦�(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡。
3)降低皮帶帶強(qiáng)。采用變頻器驅(qū)動(dòng)之后，由于變頻器的起動(dòng)時(shí)間在1 s～3600s可調(diào)，通常皮帶機(jī)起動(dòng)時(shí)間在60s一200s內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定，皮帶機(jī)的起動(dòng)時(shí)間延長，大大降低對(duì)皮帶帶強(qiáng)的要求，降低設(shè)備初期投資。
4)降低設(shè)備的維護(hù)量。變頻器是一種電子器件的集成，它將機(jī)械的壽命轉(zhuǎn)化為電子的壽命，壽命很長，大大降低設(shè)備維護(hù)量。同時(shí)，利用變頻器的軟起動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng)，起動(dòng)過程中對(duì)機(jī)械基本無沖擊，也大大減少了皮帶機(jī)系統(tǒng)機(jī)械部份的檢修量。如河南某煤礦主井皮帶采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，僅皮帶扣一項(xiàng)年節(jié)約費(fèi)用就達(dá)一萬多元。
5)啟動(dòng)平滑，轉(zhuǎn)矩大，沒有沖擊電流，可實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)。
6)節(jié)能。在皮帶機(jī)上采用變頻驅(qū)動(dòng)后的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)效率兩個(gè)方面。
a、提高系統(tǒng)功率因數(shù)
通常情況下，煤礦用電機(jī)在設(shè)計(jì)過程中放的富裕量比較大，工作時(shí)絕大部分不能滿載運(yùn)行，電機(jī)工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載經(jīng)常很小，也有部分時(shí)間空載運(yùn)行。由電機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行特性知道，電機(jī)只有在接近滿載時(shí)才是效率最高、功率因數(shù)最佳，輕裁時(shí)降低，造成不必要的電能損失。這是因?yàn)楫?dāng)輕載時(shí)，定子電流有功分量很小，主要是勵(lì)磁的無功分量，因此功率因數(shù)很低。采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，在整個(gè)過程中功率因數(shù)達(dá)0.9以上，大大節(jié)省了無功功率。
b、提高系統(tǒng)效率
采用變頻器驅(qū)動(dòng)之后，電機(jī)與減速器之間是直接硬聯(lián)接，中間減少了液力耦合器這個(gè)環(huán)節(jié)。而液力耦合器本身的傳遞效率是不高的，且主要是通過液體來傳動(dòng)，液體的傳動(dòng)效率比直接硬聯(lián)接的傳動(dòng)效率要低許多，因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力耦合器驅(qū)動(dòng)的效率要高5%～10%。
另外，礦井通常離變電站距離較遠(yuǎn)，不同時(shí)段電壓波動(dòng)較大，利用變頻器的自動(dòng)穩(wěn)壓功能，也有部份節(jié)能作用。
綜上所述，皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻控制系統(tǒng)可對(duì)運(yùn)輸皮帶進(jìn)行過程、邏輯控制；
解決電機(jī)同軸出力不平衡的問題；
在較低速度時(shí)可實(shí)現(xiàn)最大的轉(zhuǎn)矩輸出；
具有完善的檢測(cè)及保護(hù)特性：機(jī)械、光電雙重堆料檢測(cè)；冗余的速度檢測(cè)；壓力突變檢測(cè)；煙霧、干濕、溫度檢測(cè)；皮帶打滑檢測(cè)；皮帶跑偏檢測(cè)；縱向撕裂保護(hù)；輸送帶張力下降保護(hù)；電機(jī)綜合故障保護(hù)。
綜上所述，采用PCS系列皮帶運(yùn)輸變頻調(diào)速控制技術(shù)來改造傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，不僅在技術(shù)的先進(jìn)性還是帶來的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益方面部是巨大的，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷成熟，在帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)上變頻器將占主導(dǎo)地位。
使用變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)某選煤廠的膠帶輸送機(jī)負(fù)載進(jìn)行變頻改造，設(shè)計(jì)方案如下：
某選煤廠160KW皮帶機(jī)，采用直接起動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)皮帶損傷嚴(yán)重，輸煤量大大超過工藝規(guī)定，建議進(jìn)行變頻改造。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用日本富士FRN5000GII-200KW變頻器，外形尺寸1000×680×360mm，柜體采用GGD2200×1000×600mm，變頻主回路設(shè)有HD13-一600A刀開關(guān)、MB30-800A空氣開關(guān)，為保護(hù)變頻器功率模塊，主回路設(shè)置FCS3.4-1400A快速熔斷器。在皮帶現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)操作箱，顯示變頻器頻率、設(shè)備運(yùn)行電流、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)速電位器等。
電力變頻器特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)從第一臺(tái)變頻器生產(chǎn)，再經(jīng)過三十年不斷的研發(fā)和實(shí)踐，同時(shí)隨著新型電子技術(shù)不斷提高，變頻器的功能設(shè)計(jì)越來越完善，穩(wěn)定性越來越好，變頻器的性價(jià)比越來越高，體積越來越小。面對(duì)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，不斷對(duì)變頻器進(jìn)行更多更完善的改進(jìn)，從節(jié)能和節(jié)約資源的理念出發(fā)考慮問題，無論是調(diào)速或者是非調(diào)速的電力傳動(dòng)系統(tǒng)，都應(yīng)該優(yōu)先選用高壓電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)荷，才能稱之為比較完善的技術(shù)方案。這將對(duì)我們的煤礦企業(yè)逐步跨人世界領(lǐng)先行業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
