功率平衡

一、前言
 
    國內(nèi)現(xiàn)有大多數(shù)煤礦皮帶輸送機一般都采用工頻拖動，較少使用變頻器驅(qū)動。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(jīng)濟；同時電機無法采用軟起軟停，機械上產(chǎn)生劇烈沖擊，加速機械磨損；還有皮帶、液力耦合器磨損和維護等問題都會給企業(yè)帶來很大數(shù)額費用問題。這些現(xiàn)狀對創(chuàng)建節(jié)能型社會是不相符合，對煤礦企業(yè)皮帶輸送機進行變頻改造對節(jié)約社會能源、增加煤礦企業(yè)經(jīng)濟效益都具有非常現(xiàn)實經(jīng)濟意義和社會意義。
 
    皮帶機通過驅(qū)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(yīng)該采用軟啟動的方式。國內(nèi)大多數(shù)煤礦采用液力耦合器來實現(xiàn)皮帶機的軟啟動，在起動時調(diào)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(zhuǎn)子串接電阻改善啟動轉(zhuǎn)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(wǎng)電壓的劇烈波動，還會造成電機內(nèi)部機械沖擊和發(fā)熱等現(xiàn)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(nèi)部油溫升高、金屬部件磨損、泄漏及效率波動等情況發(fā)生，不僅會加大維護難度和成本、污染了環(huán)境，還會使多機驅(qū)動同一皮帶時難以解決功率平均和同步問題。

二、ECF100-U的工作原理
 
     ECF100-U系列變頻器可以實現(xiàn)軟啟動、軟停止的功能，能降低機械傳動沖擊，能延長皮帶機的使用壽命，并且從根本上解決功率平衡的問題。ECF100-U系列變頻器采用主從控制，通過控制變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩，使得主從變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩百分比、母線電壓基本一致。當系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運行時，主從變頻器輸出轉(zhuǎn)矩百分比誤差在±1%。

三、ECF100-U系列的優(yōu)勢
 
    1）真正實現(xiàn)了帶式輸送機系統(tǒng)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(nèi)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(xiàn)皮帶機多電機驅(qū)動時的功率平衡。應(yīng)用變頻器對皮帶機進行驅(qū)動時，一般采用一拖一控制，當多電機驅(qū)動時，采用主從控制，實現(xiàn)功率平衡。在河南某煤礦主井皮帶為2×135KW電機驅(qū)動，采用主從控制后，輕載時主從電機電流相差5A左右，滿載時相差2A左右。基本實現(xiàn)了皮帶機多電機驅(qū)動時的功率平衡。
 
    3）降低皮帶帶強。采用變頻器驅(qū)動之后，由于變頻器的起動時間在1s～6500s可調(diào)，通常皮帶機起動時間在60s～200s內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場設(shè)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(shè)備初期投資。
 
    4）降低設(shè)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(zhuǎn)化為電子的壽命，壽命很長，大大降低設(shè)備維護量。同時，利用變頻器的軟起動功能實現(xiàn)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(tǒng)機械部份的檢修量。如河南某煤礦主井皮帶采用變頻器驅(qū)動后，僅皮帶扣一項年節(jié)約費用就達一萬多元。
  
     5）啟動平滑，轉(zhuǎn)矩大，沒有沖擊電流，可實現(xiàn)重載啟動。
  
     6）節(jié)能。在皮帶機上采用變頻驅(qū)動后的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)效率兩個方面。
a、 提高系統(tǒng)功率因數(shù)  
    通常情況下，煤礦用電機在設(shè)計過程中放的裕量比較大，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(jīng)常很小，也有部分時間空載運行。由電機設(shè)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(shù)最佳，輕載時降低，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(shù)很低。采用變頻器驅(qū)動后，在整個過程中功率因數(shù)達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)動之后，電機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，液體的傳動效率比直接硬聯(lián)接的傳動效率要低許多，因而采用變頻器驅(qū)動后，系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力耦合器驅(qū)動的效率要高5%～10%。

四、調(diào)試步驟

     1）按照說明書的接線圖將變頻器的接線全部接好。

     2）將電機的額定轉(zhuǎn)速、額定電流輸入到變頻器的參數(shù)里。

     3）判斷電機的旋轉(zhuǎn)方向是否正確。方法：先開主機，再開從機，分別判斷。

     4）將說明書的推薦參數(shù)設(shè)置進變頻器。

     5）空載進行調(diào)試，觀察主從變頻器運行是否正常。

五、結(jié)束語
 
    經(jīng)過變頻技術(shù)改造后皮帶機運行良好，徹底實現(xiàn)了皮帶輸送機的軟起、軟停運行方式，大大進步了系統(tǒng)的功率因數(shù)和系統(tǒng)效率。改造后系統(tǒng)可以根據(jù)負載變化情況自動調(diào)整輸出頻率和輸出力矩，改變了以前電機工頻恒速運行的模式，在很大程度上節(jié)約了電力能源；液力耦合器的退出更大地節(jié)約了設(shè)備的維護和維修用度。在煤炭行業(yè)的節(jié)能改造中應(yīng)用能夠創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益和良好的社會效益，對于創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型的社會發(fā)揮著重要的作用。