多驱转矩平衡高压变频技术在煤矿胶带运输系统中的应用重新排版.docVIP

1绪论 1.1课题来源 1.2目的意义 1.3研究方案 1.4解决关键技术 目前建设和投产的千万吨级大型矿井，主运输系统使用的带式输送机多数具备大型化、长运距、高运输能力。动态分析技术、机电一体化技术、可控软启动、中间驱动、高速托辊、大倾角、电控监测智能化及输送系统网络化等关键技术，得到广泛应用，此类技术的成功研发和使用为大型输送机的可靠运转提供了技术保证。目前已经投入使用的大型煤矿主斜井强力带式输送机运量高达7000t/h，带宽2200 mm，倾角达35°，带速6.8m/s，长度8000m，功率达4×2240kw、6×1800kw等。 本文以哈密大南湖煤矿主斜井胶带输送机设计为背景，通过比较高压变频、调速型液力偶合器、CST装置、液粘装置等多种软启动的方式，从驱动性能、可靠性、功率平衡、转矩平衡、调速精度等方面分析，多驱高压变频技术以其先进性及稳定可靠性，被优先选择推广应用。 本文通过分析交流异步电动机调速原理、直接转矩控制系统的原理和特点、直接转矩控制系统和矢量控制系统性能比较。选用东芝三菱10KV高压变频器，采用主从控制技术、“转矩环”和“速度环”双环控制模式及直接转矩控制技术，解决了大型胶带输送机多电机驱动功率平衡及转矩平衡等技术难题，使设备安全稳定运行。 本矿井设计规模10.0Mt/a，采用斜井提升，倾角16°，担负矿井提煤任务，兼作安全出口。工作制度为年工作330天，每天工作16小时。主斜井井底标高＋137m，井口标高＋470m。目前，主斜井运输一般有绞车提升和带式输送机运输两种方式，本矿井井型大，若采用绞车提升，无论串车或箕斗都不能满足矿井提升量的要求，而带式输送机具有运量大、效率高、成本低、事故少、管理维护简单、易于实现集中控制和自动化，已被广泛应用于国内大型现代化矿井中，能保证矿井持续、稳定的安全高效。根据本矿井的条件，设计确定采用带式输送机作为主斜井运输方式。井下煤流运输流程为：井下煤炭由顺槽带式输送机转载至3煤大巷带式输送机后进入井底煤仓（Q＝2500t），井底煤仓下安装有GLL700/7.5/B型带式给煤机（Q=2500t/h，2台），煤炭通过给煤机转载至主斜井带式输送机，最终提升至地面。经市场调研及技术比较分析，决定采用当时较先进的10kV高压变频软驱动技术。主要解决以下几个方面问题： （1）实现胶带机软启软停功能 胶带是弹性储能材料，带式输送机胶带储存有大量势能，如果直接启动，特别是带重载荷启动，胶带瞬间承受巨大的冲击，严重影响胶带的寿命及设备安全，因此必须采用软启动方式。高压变频器、液力偶合器、电器软启动、液粘装置、CST装置等都能实现软启动，但效果不同。 （2）胶带各点速度一致 由于驱动功率较大，须采用多台电机驱动，要满足所有驱动电机滚筒的胶带线速度（胶带张力）尽量一致，从而避免胶带因各驱动点张力不同致使胶带拉伤、撕裂。 （3）各电机转矩平衡 对于一滚筒多驱的驱动方式，要求控制同一滚筒的多台电机的输出转矩相同，出力一致，避免出力不均衡导致电机过载或烧毁。 1.2国内外带式输送机软启动装置现状 设备的大型化给带式输送机的启动、停车、低速验带带来困难，国内外常采用调速型液力偶合器、CST装置、液粘装置等软启动方式。但这几种软启驱动性能、可靠性、功率平衡、调速精度等方面存在问题，不能满足现场需要，制约了煤矿发展。 1.2.1电气软启动器启动方式 电气软启动器实际上是一个晶闸管交流调压器。通过改变晶闸管的导通角，就可以调节晶闸管调压电路的输出电压。在电机启动过程中，晶闸管的导通角由小逐渐扩大，直至完全导通，在这个过程中，电机端的电压也随着导通角的扩大逐渐变大，从而实现了电机软启动。 采用电气软启动器时，由于启动时间可调，并且是电机电压逐渐升高，对电网的冲击较小，可基本避免由于启动的冲击造成的胶带老化等损伤。但这种启动方式启动力矩也会相应变小，可能会造成重载启动困难。采用电气软启动器时，由于电机启动之后就丧失了对电机的控制，无法实现调速运行，也无法保证多驱胶带各点的速度一致，也不能解决电机转矩平衡的问题。 1.2.2调速型液力偶合器启动方式 调速型液力偶合器通过改变工作腔中充液量来调节输出转速，它是以液态油作为介质传递动力的一种装置，能够满足多次重载起动的需要 式中 n——电机转速； f——交流电源频率； P——电动机极对数。 电动机转速与电源频率成正比关系。当交流电源的频率由小到大变化时，电动机转速也随之由小到大变化。只要控制频率变化范围以及频率变化时间，就可使输送机按照设定的速度曲线平稳起动，达到输送机的软启动。该装置的优点是占地小、起动时调速精度高，可以变速运行，调速范围大，在5HZ～50HZ范围内均能长期稳定运行，完全满足长距离带式输送机低速验