皮帶機是煤礦井下的主要煤炭運輸設備，因此，皮帶運輸機的安全高效運行對于提高礦井生產效益具有十分重要的意義。但由于皮帶具有一定的彈性，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》中的相關規(guī)定，皮帶機應采取的啟動方式為軟啟動方式。目前，很多煤礦仍采用液力耦合器來實現(xiàn)軟啟動，但由于其具有能耗高等不足，因而逐漸為變頻技術所代替。
1、某礦皮帶機系統(tǒng)簡介
某礦井下所使用的皮帶機采用雙機驅動方式，即采用兩臺電機拖動，電機功率均為1400kW，兩臺電機均安設在機頭處。該礦皮帶機此前采用液壓耦合器進行驅動，皮帶機運轉期間多次出現(xiàn)皮帶損壞問題，增加了檢修工作量，用電成本較大。
2、變頻器工作原理
(1)變頻器將交流電變換為直流電，最初的交流電是三相或單相的;(2)變頻器將第一步變換的直流電再變換為交流電。此時的交流點是三相或單相的，但從交流電電壓和頻率角度講，它不同于最初的交流電，表現(xiàn)在電機運行曲線上則為該曲線平行下移，這表明電機具有較大的啟動轉矩，即電機以較小的電流啟動重載負荷。
3、煤礦皮帶機變頻調速方案分析
3.1傳統(tǒng)液耦的不足
(1)增加空載啟動環(huán)節(jié)。若采用液壓耦合器，則應首先進行空載啟動，因為工頻啟動時存在較大電流，且一般會超過4倍的電機額定電流。電流產生的瞬時沖擊則會使得電機中的機械應力等瞬間變大，進而造成電機內部機件的嚴重損壞問題。此外，這種啟動方式還會對電網(wǎng)造成較為嚴重的影響，如電壓下降問題，從而使得其他機電設備不能正常運轉。因此，為避免上述不利情況出現(xiàn)，應在皮帶機上安裝軟啟動設備，常用的軟啟動設備為水電阻。
(2)水電阻液體溫度過高會造成環(huán)境污染問題。若液壓耦合器工作時間過長，液體溫度則會不斷升高，且達到一定溫度值，就會造成合金塞的熔化問題，進而引發(fā)漏液問題，如此既污染了環(huán)境，還增加了維護工作量。
(3)皮帶強度要求高。若采用液壓耦合器，則皮帶機在很短的時間內完成加載工作，這極易使得皮帶承受更大的張力，因而必須增加皮帶的強度，以避免皮帶破壞。
(4)多電機驅動的功率不平衡問題得不到有效解決。煤礦井下所采用的皮帶機一般長度較大，且承擔運量大的運輸工作，基于此種情況，皮帶機往往采用的驅動方式為多電機驅動，而采用此種驅動方式則面臨的一個問題就是必須解決多電機驅動的功率不平衡問題，而液壓耦合器則無法有效解決這種不平衡問題。
3.2高壓變頻器的優(yōu)勢
(1)更好實現(xiàn)皮帶機的軟啟動。皮帶機的緩慢啟動是以電機緩慢啟動為基礎的，且電機還能有效釋放膠帶內部貯存的能量，因而可大大降低輸送機啟動與停止時的沖擊力，從而避免了膠帶的損壞問題。
(2)較低膠帶強度。由于變頻器的啟動時間可以在一小時內調整，而皮帶機的啟動時間可根據(jù)實際情況在3min內進行調整，因而啟動時間得到延長，這樣就不需要求皮帶具有較高的強度，從而減少設備的成本。同時，由于啟動沖擊力小，設備內部損壞較小，皮帶機各部件的壽命有效延長。
(3)解決了皮帶機多電機驅動時的轉矩平衡問題。采用變頻驅動方式時，可通過一拖一控制，即采用主-從或其他控制方式，均能有效實現(xiàn)轉矩平衡。
(4)驗帶功能。為更好地對皮帶機進行檢修工作，則應保證皮帶機具有低速驗帶功能。而變頻調速系統(tǒng)是通過無級調速的交流傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)變速的，因而，在空載條件下，可在額定帶速內任意調整帶速，便于檢修。
(5)重載啟動平穩(wěn)。由于變頻在低頻運轉條件下可輸出超過2倍的額定力矩，因此可實現(xiàn)平穩(wěn)的重載啟動。
(6)自動調速。在煤流傳感器的作用下，變頻可結合負載的輕重情況對膠帶速度進行自動調節(jié)，減少了膠帶的磨損。
(7)節(jié)能。煤炭開采量的變化使得皮帶機的運煤量也會發(fā)生變化，當負載較小甚至空載時，皮帶機仍在高速運行，消耗大量的電能，但由于生產的需要，皮帶機又不能停止。而變頻器可控制皮帶機的運行速度，可實現(xiàn)負載變化的變速，因而大大節(jié)約電能。
3.3煤礦皮帶機變頻調速方案確定
若皮帶機采用多臺電機拖動，則應注意電機之間的協(xié)調控制問題，因為各電機的輸出是由皮帶耦合實現(xiàn)的。由電機學原理知，若電機存在滑差，則變頻器的輸出頻率會出現(xiàn)偏差，進而造成輸出轉矩不平衡問題，甚至出現(xiàn)故障。因此，需采取適當措施，以平衡各機出力。現(xiàn)場應用中，主要有以下三種驅動方案：
方案一：一拖多并聯(lián)運行方案。這種方案的適用條件為電機(單機)功率小，電機數(shù)量少于3臺，要求低成本。
方案二：主-從控制方案。這種方案的適用條件為要求各電機均衡出力，電機數(shù)量少于3臺，各電機之間間距小，系統(tǒng)簡單。
方案三：統(tǒng)一協(xié)調控制方案。這種方案的適用條件為電機數(shù)量超過3臺，電機之間間距較大，系統(tǒng)復雜。結合該礦現(xiàn)場實際以及各方案適用條件，為更有效地控制負載平衡，確定該礦皮帶機采用方案二即主-從控制方案作為高壓變頻調速系統(tǒng)。其中，一臺變頻器為主控，以確定輸出轉矩，另一臺則由主控變頻器控制，并與其同步運行。變頻調速系統(tǒng)僅能夠控制電機的轉矩，而不能控制從控電機的轉速。
1#電機的轉速是由主控高壓變頻器控制的，且兩臺電機的輸出轉矩也是由主控高壓變頻器發(fā)出的，而2#電機的輸出轉矩是由從控高壓變頻調速系統(tǒng)控制的。為保證電機的轉速精度，并將其控制在0.5%以內，變頻器應采用無速度傳感器矢量控制技術;若精度要求更高，如將其控制在0.1%以內，則應采用速度傳感器。本主、從高壓變頻調速系統(tǒng)均有以下兩種功能：
(1)外部信號連鎖控制功能;(2)報警邏輯信號輸出功能。主控高壓變頻調速系統(tǒng)即可接收來自本地或遠程的指令，也可接收從控系統(tǒng)發(fā)送的指令，此外，從控系統(tǒng)也具有類似主控系統(tǒng)的接收指令程序。
4、應用效果分析
現(xiàn)場應用結果表明，該礦皮帶機采用主-從控制方案作為高壓變頻調速系統(tǒng)，可對現(xiàn)場工況進行有效調節(jié)，不僅改善了系統(tǒng)的自動化程度，而且減少了電能消耗，降低了生產成本。此外，使用該方案后，系統(tǒng)維護工作量減少，且?guī)砹丝捎^的經(jīng)濟效益，并未出現(xiàn)安全問題。
