1、前言
    傳統的大功率、長運距帶式輸送機多數采用多電機配限矩型液力偶合器的驅動方式，利用真空磁力啟動器直接啟動。滿載時，多電機的同時啟動，使啟動電流過大，對電網的沖擊增大，壓降增加，造成啟動困難。它主要存在以下缺點：事故率高，遇重載時啟動時間過長，易損壞液力偶合器油封，或易熔合金塞熔化噴出油介質；液力偶合器啟動沖擊比較大，且高速運轉，對減速機高速軸影響很大，容易造成減速機高速軸軸承損壞、機殼磨損等。
    義煤集團公司耿村煤礦井下東區主帶式輸送機采用4臺電機拖動，由工作在額定轉速的4臺200kW1660V異步電動機并聯拖動，通過液力偶合器、減速機驅動滾筒，控制方式為常規三相交流真空接觸器控制，由于電機直接啟動、運轉頻繁，接觸器損壞嚴重，電機經常燒損，而且直接啟動使輸送機起動加速度大，對硫化接頭、減速機齒輪、軸承沖擊較大，故障率非常高。為此將控制系統改造為變頻調速拖動系統，改善其啟動條件，實現輸送機的軟啟動，即在一定的啟動時間內，控制啟動加速度，使其按所要求的速度曲線平穩地啟動，逐步達到額定運行速度，同時使電機的啟動電流和輸送帶的啟動張力控制在允許范圍內。
2、變頻調速性能分析
    三相交流異步電動機轉速為
    在保持p、s不變的條件下，通過改變定子交流電頻率，即可改變同步轉速no，就可以實現變頻調速。因為電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產生的，電機主磁通在電壓不變時，隨頻率改變而改變。如果主磁通減少，導致輸出轉矩減小，主磁通增加，磁路飽和，導致勵磁電流發生畸變。
    為保證主磁通恒定，充分利用電機額定功率，避免磁通欠勵磁和磁飽和現象的產生，在低頻時輸出最大轉矩，提高帶負載能力，在變頻的同時還要變壓，實現頻率與電壓協調控制，使電機最大轉矩保持不變，頻率變化前后過載能力相等，電機在速度變化的動態過程中輸出恒定轉矩，即頻率變化而電機輸出轉矩不變，從而可以獲得良好的恒轉矩調速特性，滿足帶式輸送機恒轉矩負載特性的運行要求。其變頻調速的機械特性如圖1所示。
    通過與以往的定子調壓調速、變極調速，液力偶合器調速等相比較，變頻調速在調速范圍、動態品質、系統效率、靜態精度、完善的保護功能、易實現自動控制和過程控制、多電機功率平衡調整等方面具有顯著的優越性。
3、變頻調速系統的應用
    選用VACON公司與上海申地公司生產的BPJl- 250/660型礦用隔爆兼本質安全型變頻器及控制系統，變頻器由32位微處理器控制，采用具有現代先進水平的絕緣柵雙極晶體管作為功率輸出器件，脈沖寬度調制開關頻率高，磁通電流控制功能改善了動態響應和電機特性，多臺變頻器采用主從聯動方式，變頻器通過RS485口進行數據交換，主從機雙向通訊。其變頻調速拖動系統配置原理如圖2所示。
3.1變頻器基本性能參數
    (1)額定輸入電壓UN: AC660V，50Hz，電壓波動范圍-15%～+10%；
    (2)直流線電壓UDN：(870)  910V；
    (3)輸出頻率^：(0～120Hz u/f =Const)；
    (4)起動頻率：(0.5～50)  hz，頻率分辨率0.01Hz;
    (5)工作溫度：0—40℃；
    (6)冷卻方式：熱管冷卻；
    (7)功率因素：Cos甲>O.9；
    (8)效率：q>O. 97
3.2  變頻器主電路
    變頻器主電路由輸入、整流、濾波、逆變4部分組成，三相交流電經整流濾波變為直流，直流再逆變為頻率、電壓任意可調的三相交流電。直流中間環節并聯電容，由于大電容的作用，主電路直流電壓比較平穩，內阻很小，具有電壓源特性，屑電壓型變頻器，在調速系統中，因電機為感性負載，電容同時兼作緩沖無功功率的儲能元件。逆變部分采用絕緣柵雙極晶體管(簡稱IGBT)。逆變部分的每個橋臂均由一個IGBT和一個反向并聯的續流二極管所組成，續流二極管的作用是為負載的滯后電流提供一條反饋到直流電源的通道。為了減少諧波影響提高電機的運行性能，采用對稱的三相正弦波電源為三相交流電動機供電，逆變器采用正弦波脈寬調制( SPWM)控制方式，整流部分直接采用不可控二極管整流器件，使電網側功率因數和波形大為改善。
3.3變頻器主從機的控制
    4臺變頻器之間通過RS485十轉換模塊進行相互通訊，實現數據自動交換。使用中可以任意設置其中一臺為主機，主機是變頻器群控中的首機，其他都是從機，在運行中只對主機控制，全部從機同步地自動跟隨主機動態運行，實現良好的主、從關系目標控制運行模式。主機、從機的加減速時間設定相同，從機也可以在機群全部停機后或電機接線時，單獨點動運行。主、從機的功率平衡調試可通過液晶屏設定功率平衡系數，0%—200%可調。在啟動和運行過程中，主從機間相互交換數據，當主從機不平衡度達到和超過設定值時，主從機間自動調整運行參數，使主從機保持功率平衡。
3.4變頻器的運行、操作和故障維修
    變頻器的操作可以在本機控制，也可以在遠程控制。本機控制是依靠變頻調速系統內置液晶屏來設定運行參數，在液晶屏上進行運行和停止操作。遠控時，通過操作臺來對變頻調速系統進行外控操作，可以選擇高低速，也可以根據工況設定運行頻率。
    在運行中若出現故障，全部機群將以自由停車方式停機，只有排除故障、復位，在無故障顯示時才能重新啟動運行。變頻器維修的關鍵是找出初始故障點和故障發生的關鍵原因，在處理之前，須對變頻器的工作原理、結構、器件組成、功能等有深入的了解和認識，查看值班故障記錄及運行記錄，并查詢、閱讀故障信息，變頻器在運行中若出現故障，液晶屏將顯示故障代碼“Fl”“F2”“F3”等和對應故障的英文簡明說明“OC”等，以便于故障的分析和檢查。
4、變頻調速系統運行情況及經濟效益分析
    該系統于2004年10月15日開始調試，在沒有去掉液力偶合器的情況下試運行成功，并投入正式運行。由調試和運行情況來看，變頻調速系統與傳統控制系統相比較，具有以下明顯特點：
    (1)重載啟動平穩，無沖擊，同步性好，自動達到功率平衡。主從控制功能實現了良好的四電機同時啟動，確保重載啟動時系統輸出最大轉矩，軟啟動過程中幾乎無沖擊，大幅度降低輸送帶硫化接頭的動張力，延長硫化接頭的使用壽命，并降低了對減速機齒輪及軸承的沖擊力。
    (2)電氣保護功能完善。主回路實現無觸點化，運行穩定、可靠。變頻裝置具有過電壓、過電流、欠電壓、短路、接地、過載、過熱、橋臂保護等保護功能，并取消了常規控制中的接觸器等器件，電機燒損率幾乎為零，提高了帶式輸送機的運行可靠性。
    (3)節能效果明顯，降低用電量，節約了電費。經實際測量，原控制方式空載運行電流為65A，重載運行電流為160～166A；采用交頻調速后，空載運行電流為48A，重載運行電流為130～140A。4臺電機每小時節約電能至少為llokWh，按0. 35元/kWh計算，日運行20h，每年可節約電費28萬元。
    (4)改造后輸送機幾乎是零故障運行，變頻調速的特性保證了啟動和加速時具有足夠轉矩，尤其是有效改善了重載啟動困難問題，最大限度降低了工人的勞動強度。
5、結語
    通過對帶式輸送機傳統控制方式進行變頻調速技術改造，帶式輸送機啟動平穩，可以使電機啟動電流限制在額定電流1.5倍以內，以選定的加速度平穩升速，延長了電機、減速機及膠帶接頭的使用壽命，且節能效果明顯。