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变频器在大倾角下运带式输送机中的使用误区及对策
发布时间：2013-09-13 08:03 来源：未知
一大倾角下运带式输送机（以下简称下运带式输送机）是指下运倾角在16°~25°的带式输送机，其运行工况比较复杂，根据运行工况采取不同的控制方法尤为重要。如果控制失当，极易发生超速甚至断带的事故。
近几年，中压隔爆变频器在输送机上应用比较广泛，其中不乏在下运输送机上应用的例子。但是，人们往往过分夸大变频器的功能，认为下运输送机一旦采用变频器，既能节电又能提高系统性能。然而，事实却不尽如此，变频器如果使用不当，可能会给下运输送机的可靠性与运行安全带来很大的隐患。所以，有必要纠正一些使用误区，理性地选择与使用变频器。
1、下运带式输送机的运行特点
下运带式输送机所受的力包括：承载分支被运送物料重力的下滑分力，h，物料与胶带运行时与托辊的摩擦阻力。总的阻力。当输送机空载或轻载时，此时输送机的阻力为正，即正阻力工况，电动机工作在电动状态，输出的是驱动力矩；当输送机载荷较大时，此时输送机阻力为负，即负阻力工况，电动机工作在发电状态，输出的是制动力矩。输送机运行时，这2种工况会随着运输量的不同相互转换。
在设计下运带式输送机的控制方案时，经常将输送机与提升机相类比，由提升机较多地使用变频器而得出下运带式输送机也应使用变频器的结论。实际上，下运带式输送机与提升机的负载特点及运行要求有很大不同。在额定载荷工作时，下运带式输送机会一直处于负阻力状态，而矿井提升机大多数情况下是正阻力工况，电动机处于电动状态，只有偶尔下放物料时才可能处于发电状态。另外，矿井提升机频繁地运行于加速、匀速、减速、爬行段之间，有较高的调速要求，而带式输送机一般不需调速，正常工作时为全速运行。
2、变频器在下运带式输送机中的使用误区
误区1：要实现发电反馈必须使用变频器。
从能量守恒的角度看，当输送机工作在负阻力工况时，物料的势能要转换为电能。所以，有人认为，必须采用变频器才能把电能回馈给电网，实现发电反馈制动。要走出这个误区，需要了解电动机的机械特性和变频器的分类。
根据电机学的原理，电动机和发电机之间是可逆的，当电动机特性在第一象限时，是正向电动状态，电机转速低于同步转速。当电机转速高于同步转速时，电机机械特性曲线延伸到第二象限，此时电机实际上是工作在发电机状态，机械能转化为电能，被反馈回电网，电机输出的力矩是制动力矩。从以上分析可知，当电动机转速高于同步转速时，电动机本身就能工作在发电反馈状态，这是由它的固有特性决定的，不需借助其他任何电气设备。下运物料的势能，恰恰为电机转速超越同步转速创造了条件。
市面上的普通变频器一般是交一直一交电压型变频器，其网侧变流器只具有整流功能，仅能工作在一、三2个象限，又称两象限变频器。它在中间直流环节并联制动电阻，电动机回馈的能量并不能通过变频器回馈至电网，而是转变为热能消耗在制动电阻上。当下运带式输送机以额定载荷运行时，制动电阻就如同1只发热功率很大的电炉，这不仅不现实而且也不经济。
四象限变频器在网侧变流器和负载侧变流器都采用了逆变桥，它能使电机回馈的电能通过变频器返回到电网，达到节能的目的。但四象限变频器由于采用2组逆变桥，价格比普通变频器昂贵。四象限变频器主回路如图1所示。
由以上分析可知，既然电动机本身就能工作在四个象限，完全能满足下运带式输送机制动的要求，并且可靠性很高，如果为了反馈电能而在电源和电动机之间装设四象限变频器，就显得多此一举。这样不仅会因变频器出现故障而降低系统的可靠性，还会降低系统效率。
误区2：当输送机所要求的运输量变化时．可利用变频器的调速功能，使下运带式输送机的运行速度长期低于额定速度，以此调节输送机运输量，既节能又可满足工艺要求。
额定载荷时下运带式输送机工作于负阻力工况，电动机本身处于发电状态。当采用四象限变频器时，回馈的电能全部返回到电源。输送量越大，回馈功率越大，输送量越小，回馈功率越小，发电量也越小。因此，当通过变频器调节带速使其低于额定带速时，电动机返回到电网的发电量也随之减少。所以上述观点中，降低带速来节能的说法是完全错误的，这种提法只适合上运带式输送机。
当不采用变频器而只用电动机直接拖动时，输送机运输量仍然可以调节。由公式（其中Q为运输量，v为带速，q为物料线质量）可知，在带速不变情况下，可以通过闸门调节下运带式输送机的受料量，也就是调节输送带单位长度上物料的质量，就能调节运输量。这样既省去了变频器中间环节，又能满足工艺要求。
误区3：下运带式输送机需要变频器实现软起动。下运带式输送机空载或轻载时，运行阻力为正，并且空载时的正阻力为最大值，可见其正阻力数值较小。此时，当制动器打开时，输送机保持静止，为了减小输送机起动时的冲击，可以采用变频器实现输送机的软起动。在正阻力很小的情况下，采用其他机械或电气的起动装置也完全能满足要求。
下运带式输送机满负荷起动时，运行阻力为负，制动器打开后，输送机会在下滑力的作用下从静止逐渐加速，这种情况下，输送机不需要专门的软起动装置。当输送机带动电机使其转速接近同步转速时，再将电动机送电。这样既可以实现无冲击，又省去了软起动装置。
3、在下运带式输送机中正确使用变频器
实际上，在下运带式输送机中使用变频器主要起软起动的作用。根据使用变频器的类型不同可以分为四象限和普通型（两象限）2种。
四象限变频器可以直接连接于电源和电动机之间，输送机运行时，变频器一直在线工作，反馈的电能通过变频器回馈至电网。当处于正阻力状态起动时，只需控制频率按设定曲线增加即可。当处于负阻力状态起动时，变频器先不运行，直到输送机自行下滑至接近额定速度时，利用变频器的频率捕捉功能，自动把频率设定在最接近电动机转速的频率上，最大限度地减少电动机投入时的机械冲击。采用四象限变频器，能够实现输送机起动、调速、发电反馈的功能，但成本较高。
对于普通的两象限变频器，既不能回馈电能，也不能长期依靠制动电阻消耗能量，所以输送机全速运行时必须把变频器从回路中切除。下运带式输送机采用两象限变频器时，主回路如图2所示。当输送机轻载或空载起动时，系统处于正阻力状态，1 KM和3 KM接触器吸合，给定频率逐渐增加，输送机缓慢起动。当达到全速时，变频器没必要连接在回路里，此时1KM、3 KM断开，2 KM吸合，把主电机切换至工频供电。当输送机满载起动时，系统处于负阻力状态，制动器打开后，输送带自行下滑，待下滑至额定速度时，2 KM吸合，直接把电动机投入，产生制动力，回馈的能量直接由主电机回馈到电网。
采用两象限变频器的下运带式输送机，正常运行时从主回路切除变频器，既延长了变频器的使用寿命，又提高了系统运行的可靠性，只是不能满足下运带式输送机调速的要求。
4、结论
大倾角下运带式输送机使用变频器，主要是利用它的软起动功能。但由于下运带式输送机起动时的正阻力很小，所以如无调速要求，为节约成本和简化控制起见，可不采用变频器而采用其他类型的软起动装置，如限矩型偶合器、电气降压软起动装置等，也可以实现软起动和发电反馈的功能。
