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[摘 要]皮带运输系统在现代化矿井生产中起着关键性作用。随着现代电子技术的发展，变驱动的性能日新月异。本文介绍变频技术在煤矿运输中的运用意义，旨在对现代化矿井建设有一定的借鉴。
[关键词]变频技术；输送机；节能
中图分类号：TD5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0214-01
随着变频技术的广泛应用，煤矿企业的皮带输送机逐步进行了变频改造，对节约社会能源、增加煤矿企业的经济效益都具有非常现实的经济意义和社会意义。
1.变频调速系统简介
三相异步电动机转速公式为：n=60f/p（1-s）？，式中：n为异步电动机的转速；f为电网频率；s为电动机转差率；p为电动机极对数。
由公式可知，三相异步电动机有三种调速方法，即变极调速、变频调速、变转差率调速。
三种调速各具特点：变极调速（多速电机），所需设备简单，但引出线多调速级少；变频调速（变频器），调速范围宽平滑性好机械特性较硬，但所需设备复杂；变转差率调速（电磁调速电机、绕线式异步电机），设备简单，可在一定范围内进行调速，但机械特性较软。
变频调速，是在不改变电动机磁极对数p的前提下，因电机转速n与电源频率f成正比，连续改变电源频率就可以连续平滑的调节电动机转速。因变频调速具有调速范围宽、平滑性好、机械特性较硬等很好的调速性能，所以是三相电机最理想的调速方法。
2.变频驱动的控制
2.1 控制分析
2.1.1 电机关系式：
式中：N1——电动机定子线圈匝数；Cm、KN1——电磁常数；f1——通入定子电源频率；Φm——定子通电后线圈的阻磁通；E1——感应电动势；U1——加在定子上的电源电压；T——电动机转矩；I2、cosφ2——转子电流及转子功率因数。
2.1.2 调速分析：由电机关系式可知，保持U1不变，当电源平率f1增加时定子线圈阻
磁通Φm减小，电机转矩T也减小，将出现堵转；当电源平率f1减小时定子线圈阻磁通Φm增大，Φm增大到一定值，将出现磁路饱和、励磁电流加大损坏设备。为此，只有保持定子线圈阻磁通Φm不变，既保持U1/f1不变，方可变频调速。
2.2 控制方式
变频器的控制方式有：U/f控制方式、转差率控制方式、矢量控制方式、直接转矩控制方式以及很多国家在研究的智能控制方式。U/f控制方式，技术成熟，成本低，在煤矿皮带运输中对控制精度和动态性能要求不高，因而在这只介绍U/f控制方式。
2.2.1 基本U/ f控制线
变频器的输出频率从0HZ上升到基本频率fBA时，满足如图的U/f的控制线。当变频器的运行频率高于f BA时，变频器的输出电压不再随频率上升而上升，如图中的A点后的情况，通常把转折点A称为弱磁点。
2.2.2 恒比例控制存在的问题。
恒比例控制方式在整个调速范围内并不能实现恒磁通Φm控制。在频率较低时，由于定子电阻压降不能忽略，U不能近似等于E，从而即U/f控制线为常数，而E/f不再近似常数。然而磁通的减小又引起转矩的减小，甚至不能带动负载。
2.2.3 U/f控制功能
U/ f控制功能，指的是变频器根据负载的不同特点来适当的调整U/f控制线，并通过调整U/ f比来改变电动机特性的方法。他的实现可以通过U/f控制转矩补偿、预定义U/f曲线选择、用户自定义U/f曲线、转差补偿来实现，不论那一种控制方式功能都必须通过变频器参数设定来完成。
2.2.3.1 转矩补偿功能。该功能是指在低速范围内或变频器与电动机相距较远而压降较大的情况下，通过对输出电压做一些提升来补偿因线路压降和定子电阻上压降引起的转矩损失，从而改善电动机的输出转矩的功能。有图中两种方式：
2.2.3.2 预定义U/f曲线选择。由于电动机负载的多样性和不稳定性，变频器预先设置了各种不同类型的转矩补偿U/ f控制线，应用时就可以根据负载特性来进行选择，以达到最好的运行效果。如图：
预置原则：低频重载时带的动，低频轻载时不过流。
预置方法：从小到大逐渐加大，加大一档，观察是否满足预置原则。
2.2.3.3 自定义U/f控制线功能。为适应某些负载的特殊要求和特性功能，由用户自己去根据负载的特性设定U/ f控制线，自定义U/ f控制线一般是多段折线，典型的有三段和四段。
2.2.3.4 转差补偿功能。是指当电动机从轻载到重载的过程中，由于负载的变化，会引起转速下降，这时变频器通过预置“转差补偿”功能，在输入给定频率不变的情况下，自动并适当地提高输出频率，使电动机的转速得到补偿而保持基本不变。
3.变频驱动的意义
3.1 真正实现了带式输送机系统的软起动。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动小，几乎对皮带不造成损害。
3.2 实现皮带机多电机驱动时的功率平衡。应用变频驱动皮带机时，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：某矿主井皮带为3×135KW电机驱动，采用主从控制后，轻载时主从电机电流相差5A左右，满载时相差2A左右。基本实现了皮带机多电机驱动时的功率平衡。
3.3 降低对带强的要求。采用变频驱动之后，由于变频器的起动时间在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。
3.4 降低设备的维护量。变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。同时，利用变频器的软起动功能实现带式输送机的软起动，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机系统机械部份的检修量。如：某矿主井皮带采用变频驱动后，仅皮带扣一项年节约费用就达一万多元。
3.5 启动平滑，转矩大，没有冲击电流，可实现重载启动。
3.6 节能。皮带机上采用变频驱动后的节能效果体现在系统功率因数和系统效率上。
3.6.1 提高系统功率因数。通常情况下，煤矿用电机在设计过程中放的裕量比较大，工作时绝大部分不能满载运行，电机工作于满电压、全速度而负载经常很小（也有部分时间空载运行）的状态。由电机设计和运行特性知道，电机只有在接近满载时才是效率最高、功率因数最佳。轻载时，定子电流有功分量很小，主要是励磁的无功分量，因此功率因数很低，造成了不必要的电能损失。当采用变频驱动后，在整个过程中功率因数能达0.9以上，大大节省了无功功率。
3.6.2 提高系统效率。采用变频驱动之后，电机与减速器之间是直接硬联接，中间减少了液力耦合器这个环节。因液力耦合器本身的传递效率是不高的，且主要是通过液体来传动，液体的传动效率比直接硬联接的传动效率要低许多，因而采用变频驱动后，系统总的传递效率要比液力耦合器驱动的效率要高5%～10%。
4 结束语
用变频技术来改造传统的皮带输送机驱动系统，不仅在技术的先进性还是带来的社会及经济效益方面都是巨大的，随着变频调速技术的不断成熟，在带式输送机的驱动上变频技术将占主导地位。
参考文献
[1] 王志甫.矿山固定机械与运输设备.中国矿业大学出版社.2006年8月；
[2] 孙传森.变频器技术.高等教育出版社.2009年1月。
[关键词]变频技术；输送机；节能
中图分类号：TD5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0214-01
随着变频技术的广泛应用，煤矿企业的皮带输送机逐步进行了变频改造，对节约社会能源、增加煤矿企业的经济效益都具有非常现实的经济意义和社会意义。
1.变频调速系统简介
三相异步电动机转速公式为：n=60f/p（1-s）？，式中：n为异步电动机的转速；f为电网频率；s为电动机转差率；p为电动机极对数。
由公式可知，三相异步电动机有三种调速方法，即变极调速、变频调速、变转差率调速。
三种调速各具特点：变极调速（多速电机），所需设备简单，但引出线多调速级少；变频调速（变频器），调速范围宽平滑性好机械特性较硬，但所需设备复杂；变转差率调速（电磁调速电机、绕线式异步电机），设备简单，可在一定范围内进行调速，但机械特性较软。
变频调速，是在不改变电动机磁极对数p的前提下，因电机转速n与电源频率f成正比，连续改变电源频率就可以连续平滑的调节电动机转速。因变频调速具有调速范围宽、平滑性好、机械特性较硬等很好的调速性能，所以是三相电机最理想的调速方法。
2.变频驱动的控制
2.1 控制分析
2.1.1 电机关系式：
式中：N1——电动机定子线圈匝数；Cm、KN1——电磁常数；f1——通入定子电源频率；Φm——定子通电后线圈的阻磁通；E1——感应电动势；U1——加在定子上的电源电压；T——电动机转矩；I2、cosφ2——转子电流及转子功率因数。
2.1.2 调速分析：由电机关系式可知，保持U1不变，当电源平率f1增加时定子线圈阻
磁通Φm减小，电机转矩T也减小，将出现堵转；当电源平率f1减小时定子线圈阻磁通Φm增大，Φm增大到一定值，将出现磁路饱和、励磁电流加大损坏设备。为此，只有保持定子线圈阻磁通Φm不变，既保持U1/f1不变，方可变频调速。
2.2 控制方式
变频器的控制方式有：U/f控制方式、转差率控制方式、矢量控制方式、直接转矩控制方式以及很多国家在研究的智能控制方式。U/f控制方式，技术成熟，成本低，在煤矿皮带运输中对控制精度和动态性能要求不高，因而在这只介绍U/f控制方式。
2.2.1 基本U/ f控制线
变频器的输出频率从0HZ上升到基本频率fBA时，满足如图的U/f的控制线。当变频器的运行频率高于f BA时，变频器的输出电压不再随频率上升而上升，如图中的A点后的情况，通常把转折点A称为弱磁点。
2.2.2 恒比例控制存在的问题。
恒比例控制方式在整个调速范围内并不能实现恒磁通Φm控制。在频率较低时，由于定子电阻压降不能忽略，U不能近似等于E，从而即U/f控制线为常数，而E/f不再近似常数。然而磁通的减小又引起转矩的减小，甚至不能带动负载。
2.2.3 U/f控制功能
U/ f控制功能，指的是变频器根据负载的不同特点来适当的调整U/f控制线，并通过调整U/ f比来改变电动机特性的方法。他的实现可以通过U/f控制转矩补偿、预定义U/f曲线选择、用户自定义U/f曲线、转差补偿来实现，不论那一种控制方式功能都必须通过变频器参数设定来完成。
2.2.3.1 转矩补偿功能。该功能是指在低速范围内或变频器与电动机相距较远而压降较大的情况下，通过对输出电压做一些提升来补偿因线路压降和定子电阻上压降引起的转矩损失，从而改善电动机的输出转矩的功能。有图中两种方式：
2.2.3.2 预定义U/f曲线选择。由于电动机负载的多样性和不稳定性，变频器预先设置了各种不同类型的转矩补偿U/ f控制线，应用时就可以根据负载特性来进行选择，以达到最好的运行效果。如图：
预置原则：低频重载时带的动，低频轻载时不过流。
预置方法：从小到大逐渐加大，加大一档，观察是否满足预置原则。
2.2.3.3 自定义U/f控制线功能。为适应某些负载的特殊要求和特性功能，由用户自己去根据负载的特性设定U/ f控制线，自定义U/ f控制线一般是多段折线，典型的有三段和四段。
2.2.3.4 转差补偿功能。是指当电动机从轻载到重载的过程中，由于负载的变化，会引起转速下降，这时变频器通过预置“转差补偿”功能，在输入给定频率不变的情况下，自动并适当地提高输出频率，使电动机的转速得到补偿而保持基本不变。
3.变频驱动的意义
3.1 真正实现了带式输送机系统的软起动。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动小，几乎对皮带不造成损害。
3.2 实现皮带机多电机驱动时的功率平衡。应用变频驱动皮带机时，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：某矿主井皮带为3×135KW电机驱动，采用主从控制后，轻载时主从电机电流相差5A左右，满载时相差2A左右。基本实现了皮带机多电机驱动时的功率平衡。
3.3 降低对带强的要求。采用变频驱动之后，由于变频器的起动时间在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。
3.4 降低设备的维护量。变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。同时，利用变频器的软起动功能实现带式输送机的软起动，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机系统机械部份的检修量。如：某矿主井皮带采用变频驱动后，仅皮带扣一项年节约费用就达一万多元。
3.5 启动平滑，转矩大，没有冲击电流，可实现重载启动。
3.6 节能。皮带机上采用变频驱动后的节能效果体现在系统功率因数和系统效率上。
3.6.1 提高系统功率因数。通常情况下，煤矿用电机在设计过程中放的裕量比较大，工作时绝大部分不能满载运行，电机工作于满电压、全速度而负载经常很小（也有部分时间空载运行）的状态。由电机设计和运行特性知道，电机只有在接近满载时才是效率最高、功率因数最佳。轻载时，定子电流有功分量很小，主要是励磁的无功分量，因此功率因数很低，造成了不必要的电能损失。当采用变频驱动后，在整个过程中功率因数能达0.9以上，大大节省了无功功率。
3.6.2 提高系统效率。采用变频驱动之后，电机与减速器之间是直接硬联接，中间减少了液力耦合器这个环节。因液力耦合器本身的传递效率是不高的，且主要是通过液体来传动，液体的传动效率比直接硬联接的传动效率要低许多，因而采用变频驱动后，系统总的传递效率要比液力耦合器驱动的效率要高5%～10%。
4 结束语
用变频技术来改造传统的皮带输送机驱动系统，不仅在技术的先进性还是带来的社会及经济效益方面都是巨大的，随着变频调速技术的不断成熟，在带式输送机的驱动上变频技术将占主导地位。
参考文献
[1] 王志甫.矿山固定机械与运输设备.中国矿业大学出版社.2006年8月；
[2] 孙传森.变频器技术.高等教育出版社.2009年1月。