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长皮带机

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应用背景

在矿山领域中,由于带式输送机具有运行可靠 、连续 、高效和对地形适应性强等优点,已成为现代散状物料连续运输的主要设备。国外输送线长已达100Km ,单机长达 37Kin ,带速达 7.4m/s,运量 达 7500t/h,国内输送机也正在向着长距离 、高带速 、大运 量 、大倾角 、大功率的方向发展。 
目前国内也有长达10Km 的皮带机在运行中。近年来 ,国外对带式输送机相关理论的研究取得了很大进展 ,带式输送机主要部件的技术性能也明显提高,为带式输送机向长距离 、大型化方向发展奠定了基础。随着对长距离带式输送机的可靠性和经济性要求的不断提高,大型皮带机拖动控制系统也有了很大的发展。主要表现在由机械驱动系统向变频调速驱动发展。
       
面临的挑战

带式输送机的多电机驱动中,负载均衡控制,及低速时重载启动的特点。启动过程中对电网冲击严重 ,胶带的动张力变化剧烈 ,胶带输送机重载情况下启动困难及破坏胶带接头等现象。因此煤矿井下皮带机目前对拖动技术的要求越来越高 ,基本要求 :
1. 控制简单、启动特性好、调速性能好、启动转距大;
2. 节能;
3. 工作可靠、维护量小;
4. 性价比。
目前煤矿井下皮带机运输距离及装机功率愈来愈大 ,一般设计为多点驱动方式。

我们的解决方案

现代的工业设计已不仅仅是器件选型,更是系统级解决方案,它不单是技术本身,而是长期的综合能效,我们的产品会考虑到以下几点:
1. 产品层面:利德华福电气Harsvert系列高压变频器采用一拖多运行方式。多台电机由一台变频器拖动,可以保证多台的转速相同,电机根据其滑差特性分配负载转矩,需要各电机参数较为一致。此种方式下,利德华福电气提供应用于长皮带机的多驱应用Droop 控制的变频器。
Droop方式使多台电机转速相同来实现电机均分负载的功能,负载平衡通过参数设置可以实现自动调节,进而实现多台电机拖动一条皮带机时的驱动耦合,这种控制方式依靠变频器自动调节,无需在变频器或电机间交换控制信号,在提高系统稳定性的同时,大大降低了敷设电缆的费用投入。
2. 服务层面:全生命周期数字化服务平台变频顾问(Drive Advisor),依托于施耐德EMOP云平台,通过其数据分析与算法能力,结合数字化运营中心的专家服务,为用户提供线上线下贯通的数字化服务。帮助用户及时了解设备情况,预防潜在的设备风险。具体功能包括:数据实时监测、报警、派工系统、维护计划、智能报告和数字化设备档案,在电脑端和手机端均可使用。

给客户的价值

1. 节能增效;
2. Droop 主从控制,避免发电状态影响同步,避免过载影响同步;
3. 多台电机或变频器间无需控制信号交换,节约了电缆敷设的投资;
4. 延长设备寿命; 
5. 综合保护可最大程度地减少电动机故障。 

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1.      皮带机变频调速改造后具有以下特点:

1)      真正实现了皮带机系统的软起动。运用变频器的软起动功能,将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一,通过电机的慢速起动,带动皮带机缓慢起动,将皮带内部贮存的能量缓慢释放,使皮带机在起动过程中形成的张力波极小,几乎对皮带不造成损害。

2)      实现皮带机多电机驱动时的功率平衡。应用变频器对皮带机进行驱动时,一般采用一拖一控制,当多电机驱动时,采用主、从控制附加Droop,实现功率平衡。

3)      降低皮带带强。采用变频器驱动之后,由于变频器的起动时间在1s~3600s可调,通常皮带机起动时间在30s~200s内根据现场设定,皮带机的起动时间延长,大大降低对皮带带强的要求,降低设备初期投资。 

4)      降低设备的维护量。变频器是一种电子器件的集成,它将机械的寿命转化为电子的寿命,寿命很长,大大降低设备维护量。同时,利用变频器的软起动功能实现带式输送机的软起动,起动过程中对机械基本无冲击,也大大减少了皮带机系统机械部份的检修量。如河南某煤矿主井皮带采用变频器驱动后,仅皮带扣一项年节约费用就达一万多元。 

5)      启动平滑,转矩大,没有冲击电流,可实现重载启动。 

6)      节能,在皮带机上采用变频驱动后的节能效果主要体现在系统功率因数和系统效率两个方面。 

提高系统功率因数,通常情况下,煤矿用电机在设计过程中放的裕量比较大,工作时绝大部分不能满载运行,电机工作于满电压、满速度而负载经常很小,也有部分时间空载运行。由电机设计和运行特性知道,电机只有在接近满载时才是效率最高、功率因数最佳,轻载时降低,造成不必要的电能损失。这是因为当轻载时,定子电流有功分量很小,主要是励磁的无功分量,因此功率因数很低。采用变频器驱动后,在整个过程中功率因数达0.9以上,节约了无功功率。  提高系统效率,采用变频器驱动之后,电机与减速器之间是直接硬联接,中间减少了液力耦合器这个环节。而液力耦合器本身的传递效率是不高的,且主要是通过液体来传动,液体的传动效率比直接硬联接的传动效率要低许多,因而采用变频器驱动后,系统总的传递效率要比液力耦合器驱动的效率要高5%~10%。 矿井通常离变电站距离较远,不同时段电压波动较大,利用变频器的自动稳压功能,也有部份节能作用。 

皮带运输机变频改造不仅可以带来以上优点,还可对运输皮带进行过程、逻辑控制;解决电机同轴出力不平衡的问题; 在较低速度时可实现最大的转矩输出;具有完善的检测及保护特性:机械、光电双重堆料检测;冗余的速度检测;压力突变检测;烟雾、干湿、温度检测;皮带打滑检测;皮带跑偏检测;纵向撕裂保护;输送带张力下降保护;电机综合故障保护。 

2.      直接经济效益

负载特性是指电力拖动负载的转矩与转速之间的关系,也叫负载转矩特性。电动机节电,特别是调速节电,与负载特性的关系极为密切,除要了解电动机的运行特性之外,还要掌握被拖动工作机械的负载转矩随转速变化的特性。 典型的负载特性有恒转矩负载特性、恒功率负载特性、风机泵类负载特性三种,见如下表。 

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皮带机属于恒转矩负载,变频改造后是否节能取决于运行频率,如果运行频率为工频,并不能节能,

如果运行后频率小于工频较多,则有一定的节能空间。

3.      间接经济效益

变频器改造后,对整个控制工艺有较大改善,对生产成本也有一定的降低,综合考虑,客户可间接收到的效益如下: 

1)      网侧功率因数提高。 

2)      原电机直接由工频驱动时,满载时功率因数为0.8左右,实际运行功率因数远低于0.8。采用变频调速系统后,电源侧的功率因数可提高到0.9以上,无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率,满足电网要求,可进一步节约上游设备的运行费用。 

3)      设备运行与维护费用下降 。

4)      采用变频调节后,由于通过调节电机转速实现节能,在负荷率较低时,电机转速也降低,主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻,维护周期可加长,设备运行寿命延长;并且变频改造后 采用变频技术调速后,减少了机械磨损,维护工作量降低,检修费用下降。 

5)      用变频调速装置后,可对电机实现软启动,启动时电流不超过电机额定电流的1.2倍,对电网无任何冲击,电机使用寿命延长。在整个运行范围内,电机可保证运行平稳,损耗减小,温升正常。风机启动时的噪音和启动电流非常小,无任何异常振动和噪音。 

6)      与原来旧系统相比较,变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升等多项保护功能,更完善地保护了电机。 

7)      操作简单,运行方便。可通过计算机远程给定等参数,实现智能调节。 

8)      适应电网电压波动能力强,电压工作范围宽,电网电压在-10%~+10%之间波动时,系统均可正常运行。 

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