薄煤层刮板定量给料机变频技术的应用研究

　　我国薄煤层分布广泛，储量丰富，80%以上的矿区有薄煤层分布，储量约为600多亿吨，约占全国煤炭储量的20%。长期以来，由于薄煤层开采高度低，工作面空间小，特别是煤层埋藏深，地质条件复杂，断层多，矿压大，造成薄煤层开采效益低下。各矿区在投产初期，通常优先开采中厚煤层，1.2米以下厚度的煤层几乎均被弃采，浪费了大量的资源。当前薄煤层资源极大浪费，不利于煤炭工业的可持续发展。并且煤炭资源经过长期开采后，中厚煤层逐渐减少，为了提高煤炭资源的利用率，近年来，我国加大了对薄煤层资源的开采。薄煤层刮板定量给料机作为薄煤层综采工作面的主要输送设备，其主要用于回采工作面或顺槽等其他场所，具有机身高度低、占用空间小；可弯曲；结构强度高等特点。由于其特殊的结构和所处的恶劣工作环境，对其可靠性和使用寿命有更高的要求，本文将变频技术引入薄煤层工作面刮板定量给料机，在保证生产需要的同时延长设备使用寿命，有效降低设备能耗。 

　　1.传统薄煤层刮板机启动方式 

　　传统的薄煤层刮板定量给料机的主要采用双速电机或液力偶合器两种方式： 

　　1.1 双速电机启动 

　　薄煤层刮板机用双速电机一般为4/8级，双速电机低速运转时，功率减半，电流减半，当电机低速运转中启动电流降到额定电流的1.1倍时，由开关自动切换到高速启动，虽然缓解了启动问题，但还存在以下一些问题： 

　　（1）刮板机经常需带载启动，甚至满载启动，所以常会出现启动困难； 

　　（2）采用双速电机虽然可以实现定量给料机的启动，但对传动系统的冲击大，机械损伤大；

　　（3）各个电机间存在严重的功率不平衡问题； 

　　（4）定量给料机运行过程中受到的冲击，直接作用于传动系统，降低了设备运行的可靠性；

　　（5）双速电机的体积一般比同功率的单速电机体积大，占用空间大，并且只能以低速和高速两种速度运行，不能平滑调速。 

　　1.2 采用限矩型液力偶合器 

　　液力偶合器是利用液力传递动力的联轴器，具备软启动和多点驱动的功率平衡功能，能够吸收冲击，广泛应用于中小功率定量给料机的驱动。虽然偶合器具有吸收传动系统冲击，提高了设备运行可靠性，并且采用单速电机启动，减少一根供电电缆等优点，但在经济性和自动化方面，依旧存在很大的局限性和自身难以克服的缺点。 

　　（1）启动时启动电流瞬间到达额定电流的6-8倍，对电网冲击大，影响其它设备的正常运行； 

　　（2）转差功率损耗大，耗能高； 

　　（3）自动化程度低，不能实现自动控制。运行维护工作量大，应定期检查偶合器工作介质的品质及弹性块的摩损的情况，并且在运行过程中由于滑差发热，工作介质温度过高时，易熔塞的易熔合金熔化，导致停机更换。 

　　2.变频器工作原理及应用 

　　2.1 变频器工作原理 

　　（1）主回路组成 

　　主回路系统由1140V电源经隔离换相开关、真空接触器、输入电抗器、输入滤波器、整流模块单元、滤波电容单元，IGBT逆变模块单元、输出电抗器等组成，输出电源供给电动机。 

　　（2） 控制回路 

　　控制回路由按钮、转换开关、控制变压器、熔断器、继电器等组成。 

　　在控制回路中，变频器提供了两种控制方式：“本控”和“远控”；两种运行方式：“正转”和“反转”；可主机运行可从机运行，多驱动系统中只能一台主机运行，其余都为从机运行，单机运行时设为主机；频率通过升降按钮连续任意可调。 

　　（3）主要保护 

　　变频器主要保护包括短路保护、缺相保护、过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护、接地保护、电机过温等保护。 

　　2.2 变频技术在薄煤层刮板定量给料机上的应用 

　　薄煤层刮板定量给料机作为薄煤层工作面的主要输送设备，设备在启动负载和运行负载冲击较大和及不稳定的状态子下，工作面刮板定量给料机经常发生卡链、断链等故障。这就要频繁启动电动机且经常在重载或满载下起动，对电动机造成一定的损害，有事甚至烧毁电动机。与中厚煤层相比，薄煤层工作面存在设备操作空间小，工作环境差等问题，设备一旦出现故障，检查维修十分困难，为了克服以上问题，要求薄煤层工作面的刮板定量给料机具有可靠性高，维护性好才能适应薄煤层工作面的开采。而随着变频调速技术的日渐成熟，将具有优越的调速性能的变频器应用在薄煤层刮板定量给料机上，问题即可迎刃而解。 

　　变频器由变频器机芯和变频器箱体两部分组成。变频器箱体主要由主腔体、接线腔、安全联锁机构、冷却系统组成。变频器机芯主要主回路、控制回路、电压保护回路、IGBT驱动电路、显示部分组成，其中控制回路为变频器较为核心部分。 

　　控制回路实现以下控制功能： 

　　（1）控制方式 通过对“本远控转换开关”的转换来实现近控和远控。 

　　（2）运行方式 可以通过“正转”和“反转”转换开关来实现电机电源的换相。多驱系统中注意所有电机转向必须一致，不可单独改变其中一台转向，确保皮带可以反转。 

　　（3）主从机选择 通过主从机选择转换开关将多驱系统中的其中任一台选择为主机，其余选择为从机，这时功率自动平衡。单机运行时，请将转换开关放在主机位置。主从机运行时主机将该机转矩信号通过通讯方式传递给从机，从机将主机传递过来的转矩信号做为给定，确保与主机运行力矩一致，从而实现功率平衡。

　　（4）速度控制 可以根据工况的要求通过“转速增加”“转速减小”按钮，频进行速度的增加或降低。给定值只对主机有效，从机给定值来源于主机。 

　　3.采用变频器的效果 

　　薄煤层刮板定量给料机采用变频器后作为启动开关后，效果明显： 

　　（1）调速范围大：通过频率改变，实现了刮板定量给料机的无极调速； 

　　（2）保护刮板机：采用变频器后，定量给料机启动时间长，且为匀加速起动，启动运行平稳，定量给料机的启动负荷大大降低。启动时对刮板定量给料机的电机、减速器、弹性联轴器、链轮、圆环链链等传动部件冲击较小，同时可使机头尾电机启动和运行的工作电流相等，功率平衡效果好，故障显著减少，提高了设备的稳定性； 

　　（3）降低对电网的冲击：通过内部逻辑运算控制，可以在提高启动转矩的同时降低启动电流，避免启动电流对电网系统及工作面其它用电设备的冲击，提高了电网系统的稳定性，延长了电网系统的使用寿命； 

　　（4）修理维护方便：通过控制刮板机运行速度，可以精确的控制刮板链停止的位置，以便更换断裂的圆环链和调整调节链长度； 

　　（5）节约能源：变频器能在运行过程，根据负载情况自动调整输出电流，减少了刮板机的功率损耗，节约了电能。 

　　4 结语 

　　我公司薄煤层刮板定量给料机首次成功采用变频器启动，大大降低了工作面刮板定量给料机的事故率，提高综采工作面生产安全性和效率，在经济方面还有一定的优越性、先进性。同时开创了我公司变频驱动的工作面刮板定量给料机的先例，填补了我公司变频器在薄煤层工作面刮板定量给料机上应用的空白。