刮板输送机变频电动机的设计与应用

刮板输送机变频电动机的设计与应用

杨俊岭

佳木斯电机股份有限公司 黑龙江省佳木斯市 154002

摘要：在我国许多煤矿，变频节能技术已广泛应用于电梯、采煤机、带式输送机等机电设备中，使设备的电耗显著降低，运行效率显著提高，设备维护成本也降低，经济效益显著提高，不仅达到了科学用能、节能降耗的目的，而且提高了自动化水平和技术水平。

关键词：刮板输送机；变频电动机；设计；应用

当前阀控充液式液力偶合器、CST减速器以及变频电动机均可实现对大型刮板输送机的软启动。其中，阀控充液式液力偶合器虽然被广泛应用于我国煤矿综采工作面中，但其售价高且供货周期长。CST减速器不对外销售。变频电动机包括一体化变频电动机和分体式变频电动机两种。虽然两种变频电动机的控制原理相同，一体化变频电动机对整个综采工作面各系统干扰小、造价高。分体式变频器正好相反。经分析，变频器软启动方式最适用我国煤矿生产，本文以SGZ764和SGZ800为研究对象，实现相应变频电动机的设计。

1传统刮板输送机运行现状分析

目前，由调速液力偶合器（联轴器）驱动的刮板输送机在应用中占据主导地位。液力偶合器驱动可实现软起动。但它对恶劣的工作条件、复杂的系统、易受车轮和座垫的维护，不能适应负荷启动和长期低速运行。系统运行状态分析如下：

（1）操作条件差。刮板输送机是工作面最先进的运输设备。由液压支架推拉。采煤机在刮板输送机的轨道上行走。它将承受过载、刮板倒链、输送机卡槽、负载启动等恶劣工况，对联轴器、车轮、轮垫影响较大，影响其正常运行和使用寿命。（2）重载启动和异常过载冲击。在煤炭运输过程中，经常发生设备非正常停机，导致刮板输送机在重新启动时面临重载启动，造成设备启动困难或电机、联轴器、减速机等损坏。同时，刮板输送机在运行过程中，刮板链与输送槽之间会产生各种卡扣和冲击，容易造成刮板链及齿轮零件的损坏。严重时会对电机造成过载冲击，造成电机闷火或烧毁。（3）双电机驱动时的功率不平衡问题。刮板输送机通常配备大功率电机或双电机驱动，以满足煤炭的大规模运输任务。但由于电机参数、安装标准和输送机负荷分配的不同，两台电机的匹配往往不平衡，即整个刮板输送机的功率远小于分配的功率，造成功率浪费，且功率单一，过载经常发生。

2变频电动机的设计

2.1变频电动机的结构设计

2.1.1变频电动机机械结构设计

为实现对SGZ764和SGZ800刮板输送机的软启动，与之相对应的变频电动机的机械结构主要包括有定子、转子、变频器、电抗器以及机座。其中，电抗器主要用于优化系统的功率因数，进而在降低高次谐波同时抑制电源浪涌现象的发生。机座中包含相应的冷却系统，主要降低电动机绕组的温度。

2.1.2变频电动机电气结构设计

变频电动机的电气结构主要包括有主回路、控制回路、主控板、驱动板、内部循环风扇以及外部冷却系统等，电气结构组成框图如图1所示。

图1变频电动机电气组成框图

该变频电动机可通过如下两种方式实现对其的控制。其一，采用CD312R控制面板对变频器电动机主控板参数进行设定，并实时查看电动机的工作状态，基于参数修改实现对电动机的启动、停机以及改变电机旋转方向等操作。其二，为电动机配置外接控制器，并通过CANOpen协议对主控板的参数进行修改并设置，进而达到对电动机相关参数的控制。

2.2变频电动机控制系统的设计

2.2.1变频驱动的工作原理及特点

到目前为止，变频技术的发展已经比较成熟，其在行业中的应用已经没有秘密可言。其基本技术原理是改变驱动电源和驱动电源的恒定状态，依靠变频器改变电源频率，再将其传输给电机驱动。其优点在于根据负载大小调整驱动功率，避免了电能的浪费和设备、技术、经济的过度损耗。效益显著。

当变频驱动电机启动时，电机与负载保持接触。然后通过改变频率，电机的速度有规律地增加。当动力扭矩超过负载扭矩时，输送机开始启动，直到达到正常运行状态。与带式输送机相比，变频起动过程中仍有明显的冲击过程，主要是刮板输送机链条的刚度大于带式输送机。变频调速的最大优点是它能平衡负载和功率，依靠电源变频和互馈的机制，调节输送机的转速，实现负载和功率的平衡。同时，依靠安装摩擦力矩限制器的功能，在接近过载前对异常力矩进行限制和调整，实现过载保护，防止设备损坏。它可以避免设备启动时峰值电流的影响。与普通驱动方式相比，起动电流的影响较小，输送机可以在负载状态下起动。

2.2.2变频电动机控制系统功能说明

变频电动机控制系统分为手动控制和自动控制两种控制方式，能够完成刮板输送机的紧链和断链重接的功能。其中，手动控制模式下可以实现对电动机无级变速的控制。自动控制模式下可以实时监测刮板输送机的负载量，并根据负载大小调节变频器电动机的功率大小。此外，控制系统对电机的实时监控，可以达到对电机的过热保护、过转矩以及过电流保护的目的。

2.2.3变频电动机主要技术参数设计

针对SGZ764和SGZ800刮板输送机的特点及外界环境等因素，为其软启动设计的变频电动机的主要技术参数如表1所示。

表1变频电动机主要技术参数一览表

经对比分析可知，上述所设计的变频电动机与应用于刮板输送机中的一般电动机相对，其长度和高度均较大。因此，需为普通刮板输送机配置上述变频电动机。

3变频电动机设计注意事项

1）为避免刮板输送机在启动时对电网造成的冲击，需为每台变频电动机配备专用的矿用隔爆型移动变电站，且其为刮板输送机的供电图如图2所示。

2）由于变频电动机在正常工作过程中，其频率的变化等会对综采工作面通信电缆造成干扰。故，为综采工作面的通信配备MHYVP型屏蔽电缆。

3）在综采工作面的实际应用中，变频电动机驱动系统可同时允许2台或者3台变频电动机工作，其中控制系统基于CANOpen总线实现对驱动系统主机的控制，如图3所示。

图2变频电动机供电示意图

图3变频电动机驱动系统的主从控制示意图

4）虽然上述所设计的变频电动机已经具有其自我保护功能。但是，为了避免电动机的损坏，还应为其加设一层机械结构的保护系统，即在变频电动机和加速器之间加设摩擦限矩器，从而为电动机提供最直接、最有效的保护。

4变频电动机应用效果

1）变频电机应用以来，由于其能有效降低机械冲击，目前断链事故已减少到以前的50%。2）提高了刮板输送机的重载启动能力，自电机应用以来，西明矿从未出现刮板输送机被压死的现象。3）由于其控制系统的全面性，能够实时监控刮板输送机的运行状态，为员工的日常维护工作提供便利条件。4）在实际应用中，变频电机可以实时监测刮板输送机的负荷，进而调节电机的功率，达到节能的目的。比较表明，带式输送机的电机功率为正常运行时额定功率的35%，变频电机的能耗为254kw，普通电机的能耗为307kw。也就是说，变频电机的应用可以节省近17%的能源。

结论

刮板输送机作为综采工作面的关键设备之一，其工作的稳定性和可靠性不仅关系自身生产效率，更加影响整个综采工作面的生产效率。变频电动机在刮板输送机机中的应用不仅有效解决了传统输送机软启动的问题，降低了刮板输送机断链的事故发生频次，还实现了对输送机的实时监测，为其输送匹配的能量，起到节能的效果。

参考文献：

[1]刘勇.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用及发展[J].机械管理开发,2018,33(01):136-137.

[2]赵明,王会枝,郭忠.刮板输送机变频控制技术研究[J].煤矿机械,2018,39(07):53-54.

作者简介：杨俊岭，男，1986年9月，本科，中级工程师，主要从事工程技术研究