主斜井功率平衡自适应系统研究_徐碧云.pdf

主斜井功率平衡自适应系统研究徐碧云（晋能控股煤业集团同忻煤矿山西有限公司，山西大同037001）摘要：针对同忻矿驱动系统功率不平衡会出现重载难以启动，会对主电机造成伤害的问题，研究决定研制一套功率平衡自适应系统，以调节电机功率，达到驱动系统效率最大化，消除存在的隐患。关键词：带式输送机主电机功率不平衡自适应系统中图分类号：TD614文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0179-02引言煤矿带式输送机是煤矿生产运输系统的关键部分，其性能的好坏直接影响生产效率的高低。带式输送机具有运输能力大、适应性强、运输平稳、对物料的破碎性小、投资费用相对较低等特点，广泛应用于煤矿生产中1。同忻煤矿主斜井带式输送机全长 4 601 m，运量4 800 t/h，带速 05 m/s 可调，带宽 1 800 mm，承担矿井的全部原煤运输任务，是整个生产线的“咽喉要道”。主斜井带式输送机采用机头与中驱双点驱动方式，机头与中驱距离 2 200 m，机头部位采用功率配比为 21 的双滚筒三电机驱动，中间驱动单元采用功率配比为 111 的三滚筒三电机驱动（见图 1），并且 6 台主电机采用了西门子高压变频器驱动，每台功率为 1 800 kW。在实际运输过程中，近 1 年期间出现6 台主电机功率不平衡现象，6 号主电机功率较小，并且随着主电机功率增大不平衡现象越明显。由于同忻矿产量任务重，若驱动系统功率不平衡会出现重载难以启动现象，并且对主电机会造成伤害，对整个驱动系统来说是个巨大的隐患。经过西门子变频系统调试，并未达到预期的效果，研究决定研制一套功率平衡自适应系统调节电机功率，使得 6 台主电机功率平衡，达到驱动系统效率最大化，消除存在的隐患。1研究背景随着国际经济形势下滑，国内企业的发展也受到了影响，企业的生存压力加大，这就造成了矿井的生产任务加重，保障设备正常运行成为至关重要的因素。在主斜井带式输送机运行过程中，出现 6 台主电机功率不平衡现象，尤其 6 号主电机功率与其他 5 台主电机功率相差胜远，并且差值随着功率的增大而增大，对保障系统稳定是一种重大隐患，运行中通过控制系统监测 6 台电机功率。监测时发现，当其他 5 台电机功率达到 1 000 kW时，6 号电机功率才达 700 kW,功率严重不平衡，但是通过日常运行观察，主电机电流在 110 A 以内，功率处于平衡状态。2主斜井带式输送机运输状况本矿井年产量达 1 500 万 t，设计 3 个综采工作面，产量任务重，并且运输量不均衡，工作面之间难以协调，主斜井带式输送机在运输过程中，经常会出现后程与前程带式输送机运输量相差较大的现象。机头部位驱动和 2 200 m 中部驱动均设于上皮带拉运，主要分别负责前后程带式输送机的拉运。3功率平衡自适应系统的设计带式输送机作为煤炭物料转载运输的关键设备，经过几十年的发展，在煤炭物料运输方面起到了重要作用，在智能化发展时代，有必要在带式输送机智能控制方面取得进步2。针对主斜井带式输送机电机功率不平衡，研究提出了功率平衡自适应控制装置及方法。在不影响现有控制程序的基础上，增加功率平衡自适应控制算法模块，实现电机功率平衡，进而实现矿井增产增效，促进企业发展。3.1西门子变频器功率平衡原理西门子高压变频器采用一拖一方式运行，6 台变频器均工作于速度模式，采用最先进的 Drop control功能，确保变频器之间的功率平衡、速度同步，其最大优点是结构简单，变频器之间也无需信号交换。3.2调节方法实际上多电机驱动的带式输送机由于驱动电机收稿日期：2022-09-09作者简介：徐碧云（1987），男，山西大同人，本科，毕业于安徽理工大学，工程师，主要研究方向为机电专业。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.070图 1主斜井带式输送机驱动布置6 号主电机 5 号主电机 4 号主电机3 号主电机2 号主电机1 号主电机主斜井 4 601 m机尾主斜井 2 200 m中驱主斜井机头自动化系统设计机械管理开发第 38 卷外在特性差异、设备制造安装误差、载荷变化等都会造成功率失衡，需要动态功率平衡技术调节。电机功率 p 与最大转矩 Tmax、传动比 ic、带速 vp、滚筒半径 R、转速 n0、电机临界转差 Sm、电机效率 之间关系为：p=2TmaxicvpRn0R-30icvpSmn0R+Smn0Rn0R-30icvp.（1）由式（1）可以看出，电机功率与 Tmax、ic、R、vp、n0、Sm、有关，其中 Tmax、R、vp、Sm、参数在设计完成后固定不变，调节电机功率只能通过改变传动比 ic或者转速 n0来实现。其中液力偶合器、CST软起动装置功率平衡通过改变传动比 ic，而变频器软起动装置功率平衡则通过控制转速 n0来实现，因此，只需通过给定变频器电机转速指令即可达驱动系统的功率平衡。3.3功率平衡自适应系统的实现通过研究在变频系统控制柜上一级安置一主从控制柜，内设功率平衡算法模块，当电机电流在 110A 以内，功率平衡自适应系统退出，不投入使用，当电机电流达到 110 A，主从控制柜自动切换投入模式，通过模块统一给定 6 台主电机转速命令，使 6 台主电机功率平衡。4优点不影响现有控制程序的基础上，增加功率平衡自适应控制算法模块，实现电机功率平衡，改造简便，施工周期短，资金投入较少。可以使驱动系统接受统一指令，达到功率效率最大化，功率协同、转速同步。实现系统自动切入，无需人工操作，并且可以独立检修，不影响原有的系统。5产生的效益由于 6 台主电机功率不平衡，未能充分发挥驱动能力，导致功率效率不高、负载运行。在大功率运输时，6 号主电机功率相对较小，其余 5 台电机相对平均功率有所增加，使得驱动系统过载负荷减小，运输能力有所下降。日常管理主要通过控制电机电流来控制过载，当主斜井电机电流超过 170 A 时，主斜井带式输送机过载；当主斜井电机电流超过 160 A 时，停上一级一盘区或者二盘区带式输送机控制过载。控制过载主要通过系统控制和人工控制两种，为了防止重载“压车”，当电流达到 160 A 左右，人工控制上一级带式输送机停止运行，减少给运量。通过日常管理数据统计，主斜井带式输送机从停止运行到恢复生产需要 25 min 左右，过载严重影响正常生产。通过功率平衡自适应系统的设计改进，取得了显著效果，基本在大功率运输时，6 台主电机功率趋于平衡。经过改进后，提高了带式输送机的开机率，保证了产量运输任务的完成，提高了经济效益；消除了驱动系统负载运行的隐患，防止造成其余 5 台电机损坏的风险3。6结语近年来，煤矿带式输送机逐渐向着长距离、高带速、大运量、大功率的方向发展，而单机驱动时由于张力过大，不利于降低带强，因此现在大功率的带式输送机多用于多机驱动，由于输送机运行的环境较为复杂，功率不平衡也较为常见。功率平衡自适应系统保证煤矿主斜井带式输送机运输系统稳定性和可靠性具有重要的意义，利用智能化手段消除隐患，解决煤矿生产过程中实际存在的问题是国家推行的建设项目。达到整个驱动系统功率效率最大化，不仅提升了主斜井的运输能力，而且消除了重载“压车”、电机过载甚至损坏的隐患。参考文献1白向东.煤矿带式输送机多机驱动功率平衡控制系统研究J.煤矿机电，2015（1）：4-7.2张帆.煤矿带式输送机智能调试系统的应用研究J.机械管理开发，2021（6）：228-230.3葛明臣.多电机驱动下的输送机动平衡研究J.煤矿机械，2011，32（6）：65-67.（编辑：贾娟）Research on Power Balancing Adaptive System for Main Slanting ShaftXu Biyun（Jinneng Holding Coal Group Tongxin Coal Mine Shanxi Co.,Ltd.,Datong Shanxi 037001）Abstract:To address the problem that power imbalance in the drive system of Tongxin Mine will make heavy load difficult to start and willcause harm to the main motor.The study decided to develop a power balance adaptive system to adjust the motor power,to maximize theefficiency of the drive system and eliminate the hidden danger.Key words:belt conveyor;main motor;power imbalance;adaptive system欢迎投稿 欢迎订阅联系电话：0351-7334249电子邮箱：180