1 下行皮帶機及其運行原理

　　1.1皮帶機的組成

　　皮帶輸送機主要由輸送帶、支承托輥、驅(qū)動裝置、制動裝置、張緊裝置、改向裝置等部分組成(圖1)。

圖 1 皮帶機結(jié)構(gòu)示意圖

　　1.2皮帶機工作原理

　　皮帶機的工作原理是皮帶機通過驅(qū)動輪轂，靠摩擦牽引皮帶運動，皮帶通過張力變形和摩擦力帶動物體在支撐輥輪上運動。皮帶是彈性儲能材料，在皮帶機運行和停止時都儲藏著大量的勢能，這就決定了皮帶機在啟動和停車時應(yīng)該采用軟啟動和軟停車的方式。

　　1.3 發(fā)電動機四象限工作運行分析

　　電機運行在第一、三象限時為電動態(tài)，其定子中的旋轉(zhuǎn)磁場、電機的輸出電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向同向，電機輸出的電磁轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)子的驅(qū)動力矩，此時電機從電網(wǎng)吸收的電能大部分有電磁轉(zhuǎn)矩作用到轉(zhuǎn)子上以機械能形式輸出。當電機運行在第二、四象限時為再生態(tài)，由于轉(zhuǎn)子切割磁力線的方向發(fā)生了改變，故電機作用到轉(zhuǎn)子上的帶電磁轉(zhuǎn)矩方向也發(fā)生改變，成為轉(zhuǎn)子的制動阻力力矩;此時電機轉(zhuǎn)子被負載的合成力矩拖著以超過同步轉(zhuǎn)速的速度轉(zhuǎn)動，負載作用在皮帶機的驅(qū)動輪轂上的機械能有電機反饋回電網(wǎng)。變頻器驅(qū)動三相異步電機工作在四個象限的示意圖如2所示。

圖 2 電機工作在四個象限的示意圖

　　2 大連港某碼頭介紹以及下行皮帶機參數(shù)

　　2.1大連港某碼頭介紹

　　大連港是中國東北地區(qū)承接進口礦石的主要港口。位于大孤山半島的大連港某碼頭公司擁有國內(nèi)最大、最先進的30萬噸級礦石專用卸船泊位，吃水-23米，可靠泊目前世界上所有適航的散礦運輸船舶。其轉(zhuǎn)水碼頭前沿水深-18.6米，接卸船型卸船為2萬噸級并具備15萬噸級船舶清倉作業(yè)能力，裝船為1~7萬噸級。

　　2.2下行皮帶機參數(shù)，見表1

表 1 下行皮帶機參數(shù)表

　　3 下行皮帶機變頻器方案

　　3.1負載電機參數(shù)與變頻器選型

　　現(xiàn)場皮帶機電機參數(shù)設(shè)置如表2所示。變頻器選型參數(shù)設(shè)置如表3所示。

表 2 皮帶機電機參數(shù)

　　表 3 變頻器選型

　　3.2變頻器主回路方案

　　主回路主要由用戶開關(guān)QF、變頻器輸入主斷路器QF1、緩沖接觸器K M4、主回路接觸器K M1、LCL濾波器、整流單元、逆變單元以及輸出電抗器幾部分組成　(圖3)。

圖 3 系統(tǒng)主回路原理圖

　　3.3啟動和停車波形

　　皮帶機空載啟動，從輸出轉(zhuǎn)矩曲線判斷，皮帶機停止時由于皮帶機存在慣性，電機處于臨界發(fā)電狀態(tài)(圖4)。

圖 4 啟動時監(jiān)測波形

　　停機時增加了直流制動，停機采用安全停機SS1指令，在1 0 0 %轉(zhuǎn)矩制動后，逆變輸出持續(xù)1 0 s轉(zhuǎn)矩保持。在100% 流量4000t/h時停機穩(wěn)定，不存在下溜情況(圖5)。

　　圖 5 增加直流制動皮帶停止時監(jiān)測波形

　　4 運行數(shù)據(jù)以及效益分析

　　4.1數(shù)據(jù)分析

　　由現(xiàn)場皮帶機運行數(shù)據(jù)不難看出，基本處于1000t/h 流量時，電機就處于發(fā)電狀態(tài)，發(fā)電功率隨著負載增加而增加。　　

表 4 試驗運行數(shù)據(jù)

　　4.2效益分析

　　根據(jù)目前運行狀態(tài)，大連港某碼頭某堆場下行號皮帶機年運行300天，12小時工作制。滿載80%，半載20% 工作時間，可以產(chǎn)生的直接效益為：

　　300x12x80%x100x1+300x12x20%x35x1=31.32萬元

　　(電費按照1元/kW.h)

　　注：以上計算以實際工況為準，僅供參考。

　　采用變頻器驅(qū)動皮帶機帶來的間接效益包括：

　　? 變頻器軟啟動可以降低機械沖擊：

　　過大的沖擊轉(zhuǎn)矩往往造成電動機轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)斷裂和定子端部繞組絕緣磨損，導(dǎo)致?lián)舸龣C;轉(zhuǎn)軸扭曲;軸節(jié)、傳動齒輪損傷等;

　　? 變頻器軟啟動可以降低電網(wǎng)沖擊：

　　過大的起動電流(空載起動電流可達額定電流的4~7 倍，帶載起動時可達8~10倍或更大)，會造成電網(wǎng)電壓下降，影響其他用電設(shè)備的正常運行，還可能使欠壓保護動作，造成設(shè)備的有害跳閘。同時，過大的起動電流會使電機繞組發(fā)熱，從而加速絕緣老化，影響電機壽命;

　　? 變頻器軟停止可以降低對生產(chǎn)設(shè)備造成沖擊：

　　起動過程中的受力突變往往造成生產(chǎn)設(shè)備(皮帶)縮短使用壽命，影響傳動精度，甚至影響正常的過程控制。

　　5 結(jié)束語

　　大連港某碼頭某堆場下行皮帶機采用英威騰GD800-26系列四象限變頻器后，既保證了皮帶機運行穩(wěn)定，又將下行皮帶機這種特殊負載產(chǎn)生的能量反饋回了電網(wǎng)，同時也解決了皮帶機運行中的軟啟動、軟停止問題。由現(xiàn)場的應(yīng)用表明，利用先進的英威騰GD800-26四象限變頻器， 能夠可靠、高效、穩(wěn)定地拖動下行皮帶機，可大大提高皮帶機控制的自動化程度，降低現(xiàn)場的維護工作量，給港口、碼頭等企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益，值得推廣