变频调速技术在消防给水设备中的应用探讨

谢志鹏

[摘 要]作为煤矿工艺系统的核心构成，刮板输送机性能直接关系到煤炭生产实时效率。目前国内大多数煤矿井下刮板输送机驱动电机一般使用直接启动的方式，较少使用变频器或软启动驱动。因此为了进一步提高煤矿工艺系统的生产效率，将变频调速技术引入到煤矿刮板机驱动系统中，通过对变频调速技术的概念进行分析，在结合煤矿刮板输送机以及变频调速技术特点的基础上，对变频调速技术在刮板机中的应用展开了详细阐述。

[关键词]煤炭刮板输送机；变速调频技术；应用研究

中图分类号：TD67 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0034-01

变频驱动技术在融合了电气、机械、控制等先进技术的基础上，伴随微电子技术的快速发展而广泛应用在机械工程等相关领域，具有无级调速、易于控制和良好的节能性等诸多优势。随着煤矿高产高效工作面的需求，对刮板输送的性能要求越来越高，主要体现在软启动、速度可调。相关应用实践表明，将变频调速技术引入煤矿刮板输送机当中，可以在保证输送机安全运行的前提下，有效延长输送机寿命并降低设备的维修量。

1 變频调速技术简述

所谓变频调速技术是相对于交流电机而言的，是一种通过改变交流电机中的电频率而达到对系统调速目的的技术。变频调速技术是一项综合性的技术，其不仅包括了计算机网络技术和电机传动技术，而且还包括了同电力、电子有关的多项技术，在借助电力半导体通断作用的基础上，将工频电源进行转化，使其成为具有另一种频率的电能控制装置。而在交流电机运转的驱动电源方面，则是由整流桥对工频电压进行变更后得到的直流电源经逆变器转化为可调的交流电压来实现的。由于在此过程中，并无转差损耗发生，因此，此种有效而快捷的调速方式便使电动机可以较为方便地获取无级调速的电流和电压。但存在电力危机时，变频调速技术在利用电机负载变化规律的基础上，通过改变交流电源的频率以实现对电机速度进行调节的目的，进而使交流电机可以平滑地进行增速或是减速，有效提高了系统的工作效率。

2 煤矿刮板输送机及其变频调速的特点

2.1 输送机特点

当刮板输送机以不同的低速扭矩进行运转时，输送机本身并不会发生任何的速度变化，而煤矿生产时的运输工作，特别是材料的运输，虽然在相应的范围内负载电阻是可以发生扭矩变化的，但对于刮板输送机而言，其所具有的均匀性和稳定性并不会发生改变。此外，在煤矿生产过程中，输送带的速度大都是保持不变的。刮板输送机处于运输状态时，其输送模式主要有两种，分别为零功率与电源以及近似零功率与负电源，故系统可保持在长期低速运行的状态下输送长至数十公里的材料，这也是刮板输送机自身复杂性的根本原因。对于输送机中的变频驱动系统而言，其同时具有高速以及长期低速运行的特点，通过将事先规定好的传送速度信息进行反馈，进而实现对扭矩的自动调节及控制。此外，刮板输送机的另一特点为，通过以实际运输过程中所引入的测量张力为依据，进而提高煤矿运输的稳定性和安全性。

2.2 变频调速的特点

（1）功率平衡

刮板输送通常由两台驱动装置组成，刮板机机头、机尾各一台，当刮板机长度较长时，有时还会采用三台驱动装置，机头或机尾两台，另一侧一台。以常用的两台驱动装置为例，在刮板输送运行过程中，要求根据刮板输送机特性，要实现机头机尾两台电机负载均衡，变频器应采用主从方式进行控制，实现主机和从机的转矩或负荷平衡。依据刮板输送机机头机尾启动顺序，通常把刮板输送机的机尾传动部电机作为主机，机头电机作为从机。高河矿使用的是一台变频器同时控制机头、尾电机的启动与停止，启动时机头一般滞后机尾0.4 s启动，最终两台电动机功率到达动态平衡，当采煤机割煤时，刮板机负荷实时变化，机头、尾电机通过变频器进行调速，实现功率动态平衡。

（2）停机保护

在矿井综采工作面刮板输送机运行过程中，经常出现刮板机卡链现象，情况严重时还会导致刮板输送机链条断裂，造成人员和设备损害，直接影响煤矿生产安全，通过变频技术可以方便的对电机实施断链保护，当刮板机卡链时，电机所需要转矩突然增大，通过设定电机的转矩值，当卡链转矩大于特定值时，系统控制电机停机，实现保护功能同。

（3）环保节能

变频调速器可根据所配套的刮板输送机负载大小，自动调节频率输出，提高驱动电动机的效率和刮板输送机的机械效率，降低电能消耗，符合节能环保的要求。

3 煤矿刮板输送机中变频调速技术的应用

对煤矿刮板输送机进行分析可知，其内部结构极为复杂，且无论是在启动、运输还是在制动时，均具有较大的重载高速与动态张力，故极容易产生输送带滑落的现象，而输送带在华东过程中产生的磨损和散发出的热量将使得输送带与辊之间的黏附系数降低，从而对输送机的启动与运行产生较大的阻碍作用。由此可知，若在上述情况下强行启动运输，不但降低了输送带的安全系数与负载装置的附加位移，而且使得刮板传送机整体收到了严重磨损。因此，需要引入变频调速技术对刮板输送机的启动、运行进行调速。

通常，刮板输送机对变频器的选择是在已经确定好异步电机后进行的，以额定电流与电机实际的运行情况为依据对输送机电机的频率进行变更。首先是该项技术在初级阶段时的应用。当刮板输送机启动时，经由静阻力转变而来的动阻力促使传送带产生振动，进而使得传输截面中的动张力持续上升并带动刮板输送机运动。因为在传输的启动过程中，刮板输送带所具有的张力实际上是初始张力的增加值，故在变频器的作用下产生的变频驱动将动力传送带中所输入的切入点进行返回。其次，在由启动过程转变为额定转速过程的运输阶段，因在刮板输送带开始运行时，系统内的交流电机产生较大的动态张力，且各处的静阻力也不尽相同，进而使得煤矿刮板传送机处于不稳定的运行状态。此时，变频器通过改变电机工作电源的频率，使其内部的滤波电容发挥作用，通过降低静阻力以及过大张力产生的无功损耗，以达到提高输送机功率的目的。最后，是变频调速技术的控制阶段。当电机开始驱动刮板输送机运转后，变频调速装置改变供电电压的频率，进而改变输送机的启动转速，根据变频器事先设定的时间范围，促使刮板输送机的速度更加平稳逐层递增，在增加了输送机电机寿命的同时，有效降低了煤矿刮板输送机的检修量。

4 结论

本文煤矿刮板机驱动系统中变频调速技术的应用为研究对象，通过对变频调速技术的概念及相关原理进行分析，并结合煤矿刮板输送机以及变频调速的技术特点，分别从刮板输送机的启动阶段、运行阶段以及变频调速阶段对变频调速技术在刮板传送机中的应用进行说明。结果表明，将变频调速一体机应用到煤矿井下刮板输送机中，占用空间小，电缆使用减少，易于安装；同时实现了软启动，电机启动电流远远小于额定电流，启动时间延长，减轻了起动机械转矩对设备的机械损伤，提高使用寿命，减少设备故障率，提高了煤矿生产效率。由此可见，未来加强对变频调速技术在煤矿刮板输送机中的应用力度，对于促进煤矿产业的发展具有重要的现实意义。

参考文献

[1] 王国法.高效综合机械化采煤成套装配技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.

[2] 贾会.刮板输送机中部槽的研究现状及发展趋势[J].能源与节能，2015，38（5）：12-15.