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0、引言
    膠帶運(yùn)輸機(jī)是現(xiàn)代化煤礦高產(chǎn)高效的主要運(yùn)輸設(shè)備。膠帶運(yùn)輸機(jī)的拖動(dòng)技術(shù)形式復(fù)雜多樣，調(diào)速型液力耦合器、CST、Boss、固態(tài)軟啟動(dòng)、液粘系統(tǒng)、摩擦限矩耦合器、直流拖動(dòng)、交流變頻拖動(dòng)等多種形式共存；在大型膠帶運(yùn)輸機(jī)多電機(jī)多滾筒的拖動(dòng)系統(tǒng)中，拖動(dòng)方式以直流拖動(dòng)、交流變頻拖動(dòng)和CST拖動(dòng)為主。
    煤礦井下膠帶運(yùn)輸機(jī)對拖動(dòng)技術(shù)的要求是：
    a．控制簡單，起動(dòng)特性好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；
    b．應(yīng)具有良好的調(diào)速性能；
    c．設(shè)備結(jié)構(gòu)型式應(yīng)滿足煤礦安全規(guī)程需要；
    d．工作可靠，維護(hù)量小；
    e．價(jià)格適中。
1、幾種傳動(dòng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較：
    直流電機(jī)因不宜形成防爆結(jié)構(gòu)而未能廣泛地應(yīng)
用于井下；CST的維護(hù)量及維護(hù)要求復(fù)雜，同時(shí)價(jià)格較高，因此煤礦井下多用于長運(yùn)距且膠帶安全系數(shù)相對不足的地點(diǎn)；交流拖動(dòng)方式采用降壓啟動(dòng)方式，啟動(dòng)力矩小，對電網(wǎng)的沖擊大，多使用在拖動(dòng)功率較小的地點(diǎn)；采用無速度傳感器矢量控制的防爆變頻器的交流拖動(dòng)，是井下膠帶運(yùn)輸機(jī)的最佳拖動(dòng)設(shè)備。
    這幾種傳動(dòng)方式的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較參照表1：
2、防爆變頻技術(shù)簡介
    隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的日趨成熟和完善，通用變頻器得到了迅速廣泛的應(yīng)用，但受煤礦井下條件限制過去未能得到實(shí)際應(yīng)用。將變頻調(diào)速裝置成功地引進(jìn)到煤礦井下帶式輸送機(jī)中，解決了以下一系列的技術(shù)難題。
    首先是解決防爆和散熱之間的問題。作為變頻器的主要逆變模塊-IGBT是發(fā)熱最多的器件，據(jù)專家估計(jì)：逆變模塊約占整個(gè)變頻器所有散熱量的70%；整流模塊發(fā)熱也是相當(dāng)大的，它所發(fā)的熱量約占整個(gè)變頻器的25%；而剩下的5%則是電解電容、充電電阻、均壓電阻以及印制板上的發(fā)熱元件等所產(chǎn)生的熱量。經(jīng)過不斷的研究與試驗(yàn)，最終選擇了高效能真空熱管散熱器，其極低熱阻的高效散熱性能，優(yōu)越的雙面散熱形式使主要散熱得到解決。實(shí)踐證明，采用熱管直冷式散熱是煤礦防爆變頻器的最佳選擇。通過對軟件、硬件的不斷修改、完善，降低了逆變模塊的開關(guān)損耗及其他內(nèi)部器件的發(fā)熱。這樣便解決了防爆與散熱之間的沖突。最終防爆體不需要外加通風(fēng)裝置或外接循環(huán)水，非常適用于煤礦井下的免維護(hù)要求。
    其次，為了適應(yīng)井下電網(wǎng)的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，該產(chǎn)品還采用特殊的中性點(diǎn)不接地吸收結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用正負(fù)母線密貼的低電感母線技術(shù)來增強(qiáng)直流側(cè)的吸收能力，抑制逆變器高速開關(guān)形成的疊加電壓。
    第三，針對煤礦井下的特殊環(huán)境，防爆變頻器除了在箱體結(jié)構(gòu)方面采取了相應(yīng)的防潮、防滴水措施外，在主回路方面盡量加大爬電距離與電氣間隙，在控制回路方面，所有的控制板均采取了特殊防潮措施。
    第四，防爆變頻調(diào)速裝置采用無速度傳感器的矢量控制方式。實(shí)現(xiàn)精確的磁場定向矢量控制需要在異步電動(dòng)機(jī)上安裝精密的測速裝置，但在井下膠帶運(yùn)輸機(jī)上安裝測速裝置是很困難的，同時(shí)會(huì)增加系統(tǒng)的維護(hù)量。無速度傳感器的矢量控制則不需要安裝測速傳感器，其基本控制思想是根據(jù)輸入的電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，按照一定的關(guān)系式分別對作為基本控制量的勵(lì)磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測，并通過控制電動(dòng)機(jī)定子繞組電壓的頻率使勵(lì)磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流的指令值檢測值達(dá)到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)矢量控制。采用無速度傳感器矢量控制方式的變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相匹配，而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，以保證在低頻運(yùn)行時(shí)額定轉(zhuǎn)矩的輸出。
3、變頻器在膠帶輸送機(jī)拖動(dòng)上的應(yīng)用
    (1)優(yōu)越的軟起動(dòng)、軟停止特性
    軟起動(dòng)、軟停止特性是膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的首選目標(biāo)。膠帶本身是一個(gè)彈性體，在帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)又具備極大的慣性，膠帶輸送機(jī)起動(dòng)加速度與停車減速度的值越大，在皮帶上儲(chǔ)存的能量就越大，而釋放這些能量就會(huì)對輸送機(jī)機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生極大的沖擊。防爆變頻器的起動(dòng)、停止時(shí)間是任意可調(diào)的，也就是說起動(dòng)時(shí)的加速度和停車時(shí)的減速度任意可調(diào)，同時(shí)為了平穩(wěn)起動(dòng)，還可匹配其具備的S型加減速曲線如圖l所示，這樣可將膠帶輸送機(jī)起停時(shí)產(chǎn)生的沖擊減至最小。
    (2)平穩(wěn)的重載起動(dòng)
    膠帶輸送機(jī)在輸煤過程中任意一刻都可能立即停車再重新起動(dòng)，必須考慮“重載起動(dòng)”能力。另外由于采用無速度傳感器矢量控制方式，低頻運(yùn)轉(zhuǎn)可輸出1.5 -2倍額定轉(zhuǎn)矩，因此最適于“重載起動(dòng)”。重載起動(dòng)起動(dòng)特性見圖2。
    (3)驗(yàn)帶功能
    煤礦的生產(chǎn)運(yùn)輸系統(tǒng)多為以膠帶輸送機(jī)為主，運(yùn)輸系統(tǒng)檢修維護(hù)的主要工作是膠帶輸送機(jī)的檢修維護(hù)，低速驗(yàn)帶功能是膠帶輸送機(jī)檢修的主要要求。變頻調(diào)速系統(tǒng)為無級(jí)調(diào)速的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，在空載驗(yàn)帶狀態(tài)下，變頻器可調(diào)整電機(jī)長期工作在5%-100%額定帶速范圍內(nèi)任意帶速。
    (4)功率平衡
    煤礦井下膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)多為雙滾筒驅(qū)動(dòng)或多滾筒驅(qū)動(dòng)，每個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒由單一的一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)，為了保證系統(tǒng)內(nèi)的同步性能，首先要求位于機(jī)頭的各滾筒應(yīng)同步啟停，在某一電機(jī)故障時(shí)能系統(tǒng)停機(jī)，同時(shí)為了保證系統(tǒng)的運(yùn)輸能力，應(yīng)盡量保證各滾筒之間的功率平衡。通過調(diào)整相應(yīng)兩變頻器的速度給定來調(diào)整兩電機(jī)之間的速度差，便可以任意增大或減小兩驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流差值的大小。因此可以通過單獨(dú)的控制系統(tǒng)調(diào)整各電機(jī)的速度來使各電機(jī)電流值逐步趨于平衡，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的功率平衡系統(tǒng)。
4、應(yīng)用實(shí)例
    鐵法煤業(yè)集團(tuán)大明礦4x 220KW井下強(qiáng)力膠帶運(yùn)輸機(jī)2005年配置了4臺(tái)ZJT-200/1140型隔爆兼本安變頻調(diào)速裝置，起動(dòng)時(shí)間為70S，最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)到200%，無論負(fù)荷大小均可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)（軟）起動(dòng)，該系統(tǒng)的投入可年節(jié)電量58萬度。系統(tǒng)投入之前膠帶運(yùn)輸機(jī)采用直接起動(dòng)，曾造成過膠帶斷帶的事故，投入運(yùn)行后膠帶機(jī)系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的故障明顯減少，打卡次數(shù)下降十幾倍，大大降低了系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用和時(shí)間，礦方核算的年綜合效益達(dá)到120萬元。
    通過大量現(xiàn)場應(yīng)用證明，帶式輸送機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)采用防爆變頻器將大大提升膠帶運(yùn)輸機(jī)的可靠度，降低機(jī)械系統(tǒng)損耗，減少系統(tǒng)的維護(hù)量。它具有1．啟動(dòng)電流小，對設(shè)備、電網(wǎng)沖擊小。2．改造加裝簡單，只需在電機(jī)負(fù)荷線前加裝變頻器．特別適合膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的改造。3．可以低速驗(yàn)帶。4．啟動(dòng)力矩大，提高運(yùn)輸能力，滿足煤礦井下現(xiàn)場需求。防爆變頻控制系統(tǒng)將成為今后煤礦大運(yùn)量、長運(yùn)距、多滾筒驅(qū)動(dòng)膠帶運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。