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引言
    膠帶輸送機是由撓性帶承載物料的連續輸送設備，它廣泛地使用在礦山企業的井下巷道、礦井地面運輸系統、露天采礦場及選礦廠中。針對國內現有大多數煤礦的皮帶輸送機一般都采用工頻拖動，較少使用變頻器驅動。由于電機長期工頻運行加之液力耦合器效率等問題，造成皮帶運輸機運行起來非常不經濟，同時由于電機無法采用軟起軟停，在機械上產生劇烈沖擊，加速機械的磨損。
    變頻調速是近二十年來興起的一門新技術，它是通過改變電源頻率來實現速度的調節，因其具有調速平穩、瞬態穩定性高、節能等特性越來越被人們所重視。隨著變頻調速技術的不斷成熟，變頻調速裝置在皮帶運輸設備上的應用也越來越廣泛。
1、膠帶輸送機的工作原理
    膠帶輸送機工作原理：皮帶機通過驅動輪鼓，靠摩擦牽引皮帶運動，皮帶通過張力變形和摩擦力帶動物體在支撐輥輪上運動。皮帶是彈性儲能材料，在皮帶機停止和運行時都儲存有大量勢能，這就決定了皮帶機的啟動時應該采用軟啟動的方式。國內大多數煤礦采用液力耦合器來實現皮帶機的軟啟動，在起動時調整液力耦合器的機械效率為零，使電機空載啟動。雖然有的采用了轉子串接電阻改善啟動轉矩和降壓空載啟動等方法，但電機的起動電流仍然很大，不僅會引起電網電壓的劇烈波動，還會造成電機內部機械沖擊和發熱等現象。同時采用液力耦合器軟起皮帶時，由于起動時間短，加載力大容易引起皮帶斷裂和老化，要求皮帶的強度高。加之液力耦合起長時間工作會引起其內部油溫升高、金屬部件磨損、泄漏及效率波動等情況發生，不僅會加大維護難度和成本、污染了環境，還會使多機驅動同一皮帶時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中的運用
    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”。為了產生可變的電壓和頻率，該設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)，我們把實現這種轉換的裝置稱為“變頻器”(inverter)。
    變頻器也可用于家電產品。使用變頻器的家電產品中不僅有電機（例如空調等），還有熒光燈等產品。用于電機控制的變頻器，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節電源供電的頻率。汽車上使用的由電池（直流電）產生交流電的設備也以“invert,er”的名稱進行出售。變頻器的工作原理被廣泛應用于各個領域。例如計算機電源的供電，在該項應用中，變頻器用于抑制反向電壓、頻率的波動及電源的瞬間斷電
    2.2電機的旋轉速度為什么能自由的改變？
    r/min電機旋轉速度單位：每分鐘旋轉次數，也可表示為rpm。例如：4極電機60Hz l，800 [r/min]，4極電機50Hz l，500 [r/min]，電機的旋轉速度同頻率成比例。
    本文中所指的電機為感應式交流電機，在工業領域所使用的大部分電機均為此類型電機。感應式交流電機（以后簡稱為電機）的旋轉速度近似地取決于電機的極數和頻率。電機的扳數是固定不變的。由于極數值不是…個連續的數值（為2的倍數，例如極數為，所以不適臺改變極對數來調節電機的速度。另外，頻率是電機供電電源的電信號，所以該值能夠在電機的外面調節后再供給電機，這樣電機的旋轉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，是做為電機調速設備的優選設備。
    n= 60f/p，n：同步速度，f：電源頻率，p：電機極數，改變頻率和電壓是最優的電機控制方法。如果僅改變頻率，電機將被燒壞。特別是當頻率降低時，該問題就非常突出。為了防止電機燒毀事故的發生，變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓，例如：為了使電機的旋轉速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這時變頻器的輸出電壓就必須從200V改變到約100V。  例如：為了使電機的旋轉速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這時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
    在實際經驗檢修中，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。對于主回路部分首先應判斷故障范圍，給變頻器上電，測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、預充電回路或濾波電容等元件損壞。
    對于少數內部有接觸器的變頻器，接觸器是直流母線預充電部分，其啟動是由變頻器上電后，自檢測無故障報警信號和給定“啟動”信號后才啟動接觸器。接觸器如果不啟動沒有直流母線電壓，就無法判斷故障范圍。首先，模擬給定逆變部分“無故障”反饋信號和外部啟動信號，人為讓接觸器吸合，可測量到直流母線電壓，根據直流電壓大小判斷故障范圍，方法同上。注意啟動預充電接觸器前，給定的信號有時是脈沖觸發信號而不是電平信號。
    2 4變頻器制動的有關問題
    (1)制動的概念：指電能從電機側流到變頻器側（或供電電源側），這時電機的轉速高于同步轉速．負載的能量分為動能和勢能．動能（由速度和重量確定其大小）隨著物體的運動而累積。當動能減為零時，該事物就處在停止狀態。機械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉換為摩擦和能消耗掉。對于變頻器，如果輸出頻率降低，電機轉速將跟隨額率同樣降低。這時會產生制動過程，由制動產生的功率將返回到變頻器側。這些功率可以用電阻發熱消耗。在用于提升類負載，在下降時，能量（勢能）也要返回到變頻器（或電源）側，進行制動．這種操作方法被稱作”再生制動”，而該方法可應用于變頻器制動。在減速期間，產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的方法叫做”功率返回再生方法”。在實際中，這種應用需要”能量回饋單元”選件。
    (2)怎樣提高制動能力
    為了用散熱來消耗再生功率，需要在變頻器側安裝制動電阻。為了改善制動能力，不能期望靠增加變頻器的容量來解決問題。請選用”制動電阻”、“制動單元”或“功率再生變換器”等選件來改善變頻器的制動容量。
    2 5當電機的輸出轉矩改變時其輸出轉矩會怎樣？
    1、工頻電源由電網提供的動力電源（商用電源）
    (2)：起動電流當電機開始運轉時，變頻器的輸出電流變頻器驅動時的起動轉矩和最大轉矩要小于直接用工頻電源驅動。
    我們經常聽到下面的說法：”電機在工頻電源供電時(*1)時，電機的起動和加速沖擊很大，而當使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些”。如果用大的電壓和頻率起動電機，例如使用工頻電網直接供電，就會產生一個大的起動沖擊(大的起動電流(+2))。而當使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機產生的轉矩要小于工頻電網供電的轉矩值。所以變頻器驅動的電機起動電流要小些。通常，電機產生的轉矩要隨頻率的減小（速度降低）而減些溴減小的實際數據在有的變頻器手冊中會給出說明。通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機低速時轉矩的不足，甚至在低速區電機也可輸出足夠的轉矩。當變頻器調速到大于60Hz頻率時，電機的輸出轉矩將降低。通常的電機是按50Hz(60Hz)電壓設計制造的，其額定轉矩也是在這個電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恒轉矩調速。(T=Te，P<=Pe)變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。當電機以大于60Hz頻率速度運行時，電機負載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉矩的不足。舉例，電機在100Hz時產生的轉矩大約要降低到50Hz時產生轉矩的1／2。因此在額定頻率之上的調速稱為恒功率調速(P=Ue*le)。
    2 6檢修變頻器的安全注意事項
    檢修作業前應注意安全，最好有專人監護，確保人身、設備安全，不要人為將故障擴大。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有高壓，應等待5分鐘以上，方可觸摸，或者人為對電容放電，按電容放電標準安全作業，放完電后方可繼續作業；變頻器在通電待機狀態下或已啟動在給定零轉速狀態下，其輸出端三相對地都有直流200v左右高壓，請注意人身安全；在對控制板檢測時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、皮帶運輸變頻調速控制設備具有以下優點：
    1)真正實現了帶式輸送機系統的軟起動。運用變頻器的軟起動功能，將電機的軟起動和皮帶機的軟起動合二為一，通過電機的慢速起動．帶動皮帶機緩慢起動，將皮帶內部貯存的能量緩慢釋放，使皮帶機在起動過程中形成的張力波極小，幾乎對皮帶不造成損害。
    2)實現皮帶機多電機驅動時的功率平衡。應用變頻器對皮帶機進行驅動時，一般采用一拖一控制，當多電機驅動時，采用主從控制，實現功率平衡。在河南某煤礦主井皮帶為3×135KW電機驅動，采用主從控制后，輕載時主從電機電流相差<?xml：namespace prefix=stl />5A左右，滿載時相差2A左右。基本實現了皮帶機多電機驅動時的功率平衡。
    3)降低皮帶帶強。采用變頻器驅動之后，由于變頻器的起動時間在1 s～3600s可調，通常皮帶機起動時間在60s一200s內根據現場設定，皮帶機的起動時間延長，大大降低對皮帶帶強的要求，降低設備初期投資。
    4)降低設備的維護量。變頻器是一種電子器件的集成，它將機械的壽命轉化為電子的壽命，壽命很長，大大降低設備維護量。同時，利用變頻器的軟起動功能實現帶式輸送機的軟起動，起動過程中對機械基本無沖擊，也大大減少了皮帶機系統機械部份的檢修量。如河南某煤礦主井皮帶采用變頻器驅動后，僅皮帶扣一項年節約費用就達一萬多元。
    5)啟動平滑，轉矩大，沒有沖擊電流，可實現重載啟動。
    6)節能。在皮帶機上采用變頻驅動后的節能效果主要體現在系統功率因數和系統效率兩個方面。
    a、提高系統功率因數
    通常情況下，煤礦用電機在設計過程中放的富裕量比較大，工作時絕大部分不能滿載運行，電機工作于滿電壓、滿速度而負載經常很小，也有部分時間空載運行。由電機設計和運行特性知道，電機只有在接近滿載時才是效率最高、功率因數最佳，輕裁時降低，造成不必要的電能損失。這是因為當輕載時，定子電流有功分量很小，主要是勵磁的無功分量，因此功率因數很低。采用變頻器驅動后，在整個過程中功率因數達0.9以上，大大節省了無功功率。
    b、提高系統效率
    采用變頻器驅動之后，電機與減速器之間是直接硬聯接，中間減少了液力耦合器這個環節。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，液體的傳動效率比直接硬聯接的傳動效率要低許多，因而采用變頻器驅動后，系統總的傳遞效率要比液力耦合器驅動的效率要高5%～10%。
    另外，礦井通常離變電站距離較遠，不同時段電壓波動較大，利用變頻器的自動穩壓功能，也有部份節能作用。
    綜上所述，皮帶運輸機變頻控制系統可對運輸皮帶進行過程、邏輯控制；
    解決電機同軸出力不平衡的問題；
    在較低速度時可實現最大的轉矩輸出；
    具有完善的檢測及保護特性：機械、光電雙重堆料檢測；冗余的速度檢測；壓力突變檢測；煙霧、干濕、溫度檢測；皮帶打滑檢測；皮帶跑偏檢測；縱向撕裂保護；輸送帶張力下降保護；電機綜合故障保護。
    綜上所述，采用PCS系列皮帶運輸變頻調速控制技術來改造傳統的帶式輸送機驅動系統，不僅在技術的先進性還是帶來的社會及經濟效益方面部是巨大的，隨著變頻調速技術的不斷成熟，在帶式輸送機的驅動上變頻器將占主導地位。
    使用變頻調速技術，對某選煤廠的膠帶輸送機負載進行變頻改造，設計方案如下：
    某選煤廠160KW皮帶機，采用直接起動，啟動時皮帶損傷嚴重，輸煤量大大超過工藝規定，建議進行變頻改造。系統設計采用日本富士FRN5000GII-200KW變頻器，外形尺寸1000×680×360mm，柜體采用GGD2200×1000×600mm，變頻主回路設有HD13-一600A刀開關、MB30-800A空氣開關，為保護變頻器功率模塊，主回路設置FCS3.4-1400A快速熔斷器。在皮帶現場設置現場操作箱，顯示變頻器頻率、設備運行電流、現場調速電位器等。
    電力變頻器特點和發展趨勢從第一臺變頻器生產，再經過三十年不斷的研發和實踐，同時隨著新型電子技術不斷提高，變頻器的功能設計越來越完善，穩定性越來越好，變頻器的性價比越來越高，體積越來越小。面對市場的競爭，不斷對變頻器進行更多更完善的改進，從節能和節約資源的理念出發考慮問題，無論是調速或者是非調速的電力傳動系統，都應該優先選用高壓電動機拖動負荷，才能稱之為比較完善的技術方案。這將對我們的煤礦企業逐步跨人世界領先行業奠定了堅實的基礎。