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摘要：随着我国煤炭工业的发展，煤炭设备也向大型化、大功率化方向发展。煤炭工业是产能大户，也是耗能大户，如何推动煤炭装备的技术节能改造，保障国民经济持续快速健康发展，全面推进能源、原材料的等资源的节约和综合开发利用工作，对煤炭工业提出了更高的要求。本文主要论述变频器在输煤皮带机中的具体应用，以期达到提高煤炭工业装备的现代化、自动化水平，降低企业成本，提高经济效益，节能降耗之目的。
关键字：变频器；输煤皮带机；节能降耗
1 概述
随着现代科学技术的发展，世界主要产煤国的煤矿设备已呈现数字化、自动化、节能化的趋势，但我国大部分的煤炭工业设备是一种高投入，低产出状态，无形当中增加了企业运行成本。目前我国国内大多数煤矿的皮带输送机采用液力耦合器来实现输煤皮带机的直接启动，在起动时调整液力耦合器的机械效率为零，使电机空载启动，此举对电机设备损坏及电能的消耗较大。为了确保输煤皮带机经济安全运行，对输煤皮带机启动装置采用变频器调速装置，通过改变电源频率来实现速度的调节，具有调速平稳、瞬态稳定性高、节能等优点，提高了煤矿的经济效益，取得了较好的效果。
2 技术优劣比较
2.1皮带机工作原理
皮带机通过轮鼓驱动，通过摩擦牵引皮带运动，皮带通过张力变形和摩擦力带动物体在支撑辊轮上运动。皮带运动时储存了大量的能量，决定了皮带机启动时应采用软启动模式。目前国内大多数煤矿采用液力耦合器来实现皮带机的软启动，在起动时调整液力耦合器的机械效率为零，使电机空载启动。液力耦合器启动时，由于起动时间短、加载力量大，容易引起皮带断裂和老化。同时，长时间工作会引起皮带机内部油温升高、金属部件磨损、泄漏及效率波动等情况发生，不仅会加大维护难度和成本、污染环境，同时还伴有功率平衡和同步问题。
2.2皮带机的劣势
2.2.1皮带机启动时，电机必须先空载启动
工频起动时，瞬间电流很大，为电机额定电流的4至7倍。瞬间电流容易引起电机内部机械应力和热应力发生变化，容易对机械部分造成磨损、甚至损坏。同时还会引起电网电压下降，影响到其它机械设备的正常运转。
2.2.2皮带机还必须附加电机软起动设备。同时，液力偶合器长时工作时，引起液体温度升高，熔化合金塞，引起漏液，维护工作量增大，容易污染环境。
2.2.3采用液力偶合器时，皮带机的加载时间较短，容易引起皮带张力变化，对皮带带强要求较高。
2.2.4皮带机都是长距离大运量，通常都是多电机驱动，采用液力偶合器驱动，很难解决多电机驱动时的功率平衡。
2.3变频器的特点
2.3.1有效降低电压波动
电机工频启动时，电压产生大幅度波动，电流剧增，电压下降幅度的大小将取决于启动电机功率的大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障或工作异常，采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动，可以有效解决电压大幅度波动的问题。
2.3.2有效控制启动电流
当电机通过工频直接启动时，将会产生7到8倍的电机额定电流，这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，这就降低电机的寿命，而变频后则可以在零速零电压启动（可以适当加转矩提升），充分降低启动电流，提高绕组承受力，使电机的维护成本降低、电机的寿命增加。
2.3.3有效减少电涌现象
电机功率与电流和电压的乘积成正比， 通过工频直接启动，电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率。在一般工作情况下，直接工频启动电机所产生的电涌会对同网上的其他用户产生严重的影响，造成峰谷差值过大。采用变频器进行电机起停， 就可以杜绝此类问题。
2.3.4有效控制加速功能
工频启动时对电机或相连的机械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动，此举将加剧机械部件磨损和损耗，降低电机和机械部件寿命；通过变频器控制实现零速启动，并能进行平滑加速，并且其加速曲线也可以选择（直线加速、S形加速或者自动加速），从而避免了上述问题。
2.3.5有效控制运行速度
运用变频器调速能优化工艺过程，满足生产工艺过程对速度的要求。借助内置PID的调节功能，可以实现无级调节，还能通过PLC或其他控制器来实现远程速度的调节。
2.3.6有效控制可逆运行
在变频器控制中，要实现可逆运行控制无须额外的可逆控制装置，只要改变输出电压的相序即可，这就降低了维护成本、节省了安装空间。
2.3.7有效控制停止方式
在变频器调速时， 可以有效控制停止方式，并且有不同的停止方式可以选择（减速停车、自由停车、减速停车+直流制动），可以大幅度减少对机械部件和电机的冲击，从而使整个系统更加安全，寿命也会相应增加。
2.3.8有效调整转矩极限
通过变频调速后，能够设置相应的转矩极限来保证工艺过程的连续性和产品的可靠性。目前的变频技术不仅可以调节转矩极限，甚至转矩的控制精度都能达到3%～5%左右。但在工频状态下，电机只能通过检测电流值或热保护来进行控制，而无法像在变频控制一样设置精确的转矩值来动作。
2.3.9有效减少部件磨损
目前矢量变频器可以实现高效的转矩输出， 从而节省齿轮箱等机械传动部件，构成直接变频传动系统，从而降低成本，提高系统稳定性。
2.4变频器在输煤皮带机中应用的优势
2.4.1 真正实现了软起动
运用变频器对带式输送机进行驱动，运用变频器的软起动功能，将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一，通过电机的慢速起动，带动皮带机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害。
2.4.2实现皮带机多电机驱动时的功率平衡
应用变频器对皮带机进行驱动时，一般采用一拖一控制，当多电机驱动时，采用主从控制，实现功率平衡。如皮带为2×200KW/660V电机驱动，采有主从控制后，轻载时主从电机电流相差5A左右，满载时相差2A左右。
2.4.3降低皮带带强
采用变频器驱动之后，由于变频器的起动时间可在1S～3600S可调，通常皮带机起动时间在60S～200S内根据现场设定，皮带机的起动时间延长，大大降低对皮带带强的要求，降低设备初期投资。
2.4.4降低设备的维护量
变频器是一种电子器件的集成，其有效寿命很长，大大降低了设备维护量。同时，利用变频器的软起动功能实现带式输送机的软起动，起动过程中对机械设备基本无冲击，也大大减少了皮带机设备的检修量。
2.4.5节能效果突出
在输煤皮带机上采用变频驱动后的节能效果在系统功率因数和系统效率两个方面表现突出，节能效果显著。采用变频器驱动后，系统总的传递效率要比液力偶合器驱动的效率要高5%～10%，同时，利用变频器的自动稳压功能，也可以产生一定的节能效果。
3 结论
通过变频器在输煤皮带机上的应用，可以看出通过变频器技术来改造传统的带式输送机驱动系統，可以带来先进的技术体验和巨大的社会效益，具有广阔的市场前景，随着科学技术的发展，相信变频器在输煤皮带机的应用将会得到进一步的推广应用。
作者简介：焦志坚，宁夏银川人，从事机电管理工作。Email：jiaozhijian@nxmy.com。电话：13995178615
期刊邮寄地址：宁夏银川市兴庆区东城人家6-2-601 纪志国（收），13619583649
关键字：变频器；输煤皮带机；节能降耗
1 概述
随着现代科学技术的发展，世界主要产煤国的煤矿设备已呈现数字化、自动化、节能化的趋势，但我国大部分的煤炭工业设备是一种高投入，低产出状态，无形当中增加了企业运行成本。目前我国国内大多数煤矿的皮带输送机采用液力耦合器来实现输煤皮带机的直接启动，在起动时调整液力耦合器的机械效率为零，使电机空载启动，此举对电机设备损坏及电能的消耗较大。为了确保输煤皮带机经济安全运行，对输煤皮带机启动装置采用变频器调速装置，通过改变电源频率来实现速度的调节，具有调速平稳、瞬态稳定性高、节能等优点，提高了煤矿的经济效益，取得了较好的效果。
2 技术优劣比较
2.1皮带机工作原理
皮带机通过轮鼓驱动，通过摩擦牵引皮带运动，皮带通过张力变形和摩擦力带动物体在支撑辊轮上运动。皮带运动时储存了大量的能量，决定了皮带机启动时应采用软启动模式。目前国内大多数煤矿采用液力耦合器来实现皮带机的软启动，在起动时调整液力耦合器的机械效率为零，使电机空载启动。液力耦合器启动时，由于起动时间短、加载力量大，容易引起皮带断裂和老化。同时，长时间工作会引起皮带机内部油温升高、金属部件磨损、泄漏及效率波动等情况发生，不仅会加大维护难度和成本、污染环境，同时还伴有功率平衡和同步问题。
2.2皮带机的劣势
2.2.1皮带机启动时，电机必须先空载启动
工频起动时，瞬间电流很大，为电机额定电流的4至7倍。瞬间电流容易引起电机内部机械应力和热应力发生变化，容易对机械部分造成磨损、甚至损坏。同时还会引起电网电压下降，影响到其它机械设备的正常运转。
2.2.2皮带机还必须附加电机软起动设备。同时，液力偶合器长时工作时，引起液体温度升高，熔化合金塞，引起漏液，维护工作量增大，容易污染环境。
2.2.3采用液力偶合器时，皮带机的加载时间较短，容易引起皮带张力变化，对皮带带强要求较高。
2.2.4皮带机都是长距离大运量，通常都是多电机驱动，采用液力偶合器驱动，很难解决多电机驱动时的功率平衡。
2.3变频器的特点
2.3.1有效降低电压波动
电机工频启动时，电压产生大幅度波动，电流剧增，电压下降幅度的大小将取决于启动电机功率的大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障或工作异常，采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动，可以有效解决电压大幅度波动的问题。
2.3.2有效控制启动电流
当电机通过工频直接启动时，将会产生7到8倍的电机额定电流，这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，这就降低电机的寿命，而变频后则可以在零速零电压启动（可以适当加转矩提升），充分降低启动电流，提高绕组承受力，使电机的维护成本降低、电机的寿命增加。
2.3.3有效减少电涌现象
电机功率与电流和电压的乘积成正比， 通过工频直接启动，电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率。在一般工作情况下，直接工频启动电机所产生的电涌会对同网上的其他用户产生严重的影响，造成峰谷差值过大。采用变频器进行电机起停， 就可以杜绝此类问题。
2.3.4有效控制加速功能
工频启动时对电机或相连的机械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动，此举将加剧机械部件磨损和损耗，降低电机和机械部件寿命；通过变频器控制实现零速启动，并能进行平滑加速，并且其加速曲线也可以选择（直线加速、S形加速或者自动加速），从而避免了上述问题。
2.3.5有效控制运行速度
运用变频器调速能优化工艺过程，满足生产工艺过程对速度的要求。借助内置PID的调节功能，可以实现无级调节，还能通过PLC或其他控制器来实现远程速度的调节。
2.3.6有效控制可逆运行
在变频器控制中，要实现可逆运行控制无须额外的可逆控制装置，只要改变输出电压的相序即可，这就降低了维护成本、节省了安装空间。
2.3.7有效控制停止方式
在变频器调速时， 可以有效控制停止方式，并且有不同的停止方式可以选择（减速停车、自由停车、减速停车+直流制动），可以大幅度减少对机械部件和电机的冲击，从而使整个系统更加安全，寿命也会相应增加。
2.3.8有效调整转矩极限
通过变频调速后，能够设置相应的转矩极限来保证工艺过程的连续性和产品的可靠性。目前的变频技术不仅可以调节转矩极限，甚至转矩的控制精度都能达到3%～5%左右。但在工频状态下，电机只能通过检测电流值或热保护来进行控制，而无法像在变频控制一样设置精确的转矩值来动作。
2.3.9有效减少部件磨损
目前矢量变频器可以实现高效的转矩输出， 从而节省齿轮箱等机械传动部件，构成直接变频传动系统，从而降低成本，提高系统稳定性。
2.4变频器在输煤皮带机中应用的优势
2.4.1 真正实现了软起动
运用变频器对带式输送机进行驱动，运用变频器的软起动功能，将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一，通过电机的慢速起动，带动皮带机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害。
2.4.2实现皮带机多电机驱动时的功率平衡
应用变频器对皮带机进行驱动时，一般采用一拖一控制，当多电机驱动时，采用主从控制，实现功率平衡。如皮带为2×200KW/660V电机驱动，采有主从控制后，轻载时主从电机电流相差5A左右，满载时相差2A左右。
2.4.3降低皮带带强
采用变频器驱动之后，由于变频器的起动时间可在1S～3600S可调，通常皮带机起动时间在60S～200S内根据现场设定，皮带机的起动时间延长，大大降低对皮带带强的要求，降低设备初期投资。
2.4.4降低设备的维护量
变频器是一种电子器件的集成，其有效寿命很长，大大降低了设备维护量。同时，利用变频器的软起动功能实现带式输送机的软起动，起动过程中对机械设备基本无冲击，也大大减少了皮带机设备的检修量。
2.4.5节能效果突出
在输煤皮带机上采用变频驱动后的节能效果在系统功率因数和系统效率两个方面表现突出，节能效果显著。采用变频器驱动后，系统总的传递效率要比液力偶合器驱动的效率要高5%～10%，同时，利用变频器的自动稳压功能，也可以产生一定的节能效果。
3 结论
通过变频器在输煤皮带机上的应用，可以看出通过变频器技术来改造传统的带式输送机驱动系統，可以带来先进的技术体验和巨大的社会效益，具有广阔的市场前景，随着科学技术的发展，相信变频器在输煤皮带机的应用将会得到进一步的推广应用。
作者简介：焦志坚，宁夏银川人，从事机电管理工作。Email：jiaozhijian@nxmy.com。电话：13995178615
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