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[摘 要]随着现代国内外变频驱动调速技术的不断成熟和提高，变频器在我国矿山机电设备中得到越来越广泛的应用，其中就包括了变频驱动皮带机的使用。皮带运输机采用变频控制，能有效降低企业生产成本，提高企业经济效益；控制系统本身良好的控制性能和完善的保护环节，能有效避免事故的发生和延长皮带机的使用寿命。但在实际应用中也会遇到很多问题，本文阐述了变频技术的沿革及生产中的优点和应注意的几个方面。
[关键词]变频；皮带机；经济效益
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0210-01
1 引言
皮带输送机大多为多滚筒、多驱动系统，传统模式下一般采用工频电源拖动，由于长期工频运行加之液力耦合器传动，存在传动效率低、起动电流冲击及机械冲击大、负载不均衡、维护成本高等问题。近年来，随着电力电子技术、微处理器和数字集成电路的发展，交流变频调速已经广泛应用，并以每年30%以上的速度 ，大大提高的作业效率、降低设备故障停机检修时间及节约能源，变频器在皮带机上的应用日渐成熟和广泛。目前，变频技术已经应用到各行各业，并还在进一步普及。下面以变频皮带机为例，浅谈变频技术应用在皮带机的沿革及优缺点。
2 变频驱动技术的沿革
2.1 电气传动控制系统
电机控制的任务是通过对电动机电压、电流、频率等输入电量的控制，改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。
电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置3部分组成。电气传动控制系统涉及电机学，电力电子技术，微电子技术，计算机控制技术，信号检测与处理技术，控制理论等多个系统。其中，电动机的结构和原理决定了电气转动控制系统的设计方法和运行性能。
电力电子技术是以电力电子器件为基础的功率放大 变换装置是弱电控制强电的媒介，在电气转动控制系统中作为电动机的可控电源，其输出电源质量直接影响电气转动控制系统的运行状态和性能。
微电子技术：高速、大内存容量、多功能的微处理器或单片微机的问世，使各种复杂的控制算法在运动控制系统中的应用成为可能，并大大提高了控制精度。
计算机控制技术：使对象参数辨识、控制系统的参数自整定和自学习、智能控制、故障诊断等成为可能。
号检测与处理技术：主要通过传感器实时检测系统的运行状态，构成反馈控制，并进行故障分析和故障保护。对实际检测的信号进行滤波等处理，提高系统的抗干扰能力。
控制理论，变频器是电气传动控制系统的理论基础，为研究和设计各种新型的传动控制系统提供了理论依据。
2.2 系统组成
2.2.1 电动机及负载
（1）控制对象为电动机。
（2）从电动机类型上可分为直流电动机、交流感应电动机（又称作交流异步电动机）和交流同步电动机。
（3）从用途上可分为用于调速系统的驱动电动机和用于伺服系统的伺服电动机功率放大与变换装置。
（4）有电机型、电磁型、电力电子型等，现在多用电力电子型的。
（5）晶闸管（SCR）是第一代电力电子器件的典型代表，属于半控型器件。
（6）第二代电力电子器件是全控型器件，通过门极既可以使器件开通，也可以使它关断，例如GTO、BJT、IGBT等。
（7）第三代电力电子器件特点是由单一器件发展为具有驱动、保护等功能的复合功率模块。
2.2.2 控制器
（1）分模拟控制器和数字控制器两类。
（2）模拟控制器常用运算放大器及相应的电气元件实现，通用性差，所有运算能在同一时刻并行运行，控制器的滞后时间很小，可以忽略不计。
（3）数字控制器的硬件电路标准化程度高、制作成本低、 而且不受器件温度漂移的影响。属串行运行方式，其滞后时间比模拟控制器大得多。
2.2.3 信号检测与处理
（1）常用反馈信号是电压、电流、转速和位置。
（2）包括电压匹配、极性转换、脉冲整形等。
（3）从带有随机扰动的信号中筛选出反映被测量的真实信号。
2.3 电气传动各种高水平的控制方法
基于电动机和机械模型的控制策略，有矢量控制、磁场控制、直接传矩控制和机械扭振补偿等；基于现代理论的控制策略，有滑模变结构技术、模型参考自适应技术、采用微分几何理论的非线性解耦、鲁棒观察器，在某种指标意义下的最优控制技术和逆奈奎斯特阵列设计方法等；基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神经元网络、专家系统和各种自优化、自诊断技术等。
2.4 电气传动分类
电气传动分成不调速和调速两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。近10年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动面临着一场技术革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。变频调速以其优异的调速和启制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。
3 带机使用变频启动的好处
3.1 真正实现了皮带运输机系统的软起动
运用变频器对皮带运输机进行驱动，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。
3.2 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，采用主从控制，实现功率平衡。
3.3 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。相应的降低了维修费用。
3.4 方便皮带检修
采用变频调速后，可将皮带机运行速度降到很慢，解决了以前由于皮带机运行速度过快而难于检修皮带的问题，提高了皮带的检修效率。
3.5 节约能源
采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.9以上，大大节省了无功功率。采用变频器驱动之后，电机与减速器之间是直接硬联接，中间减少了液力偶合器这个环节。因而采用变频器驱动后，系统总的传递效率可提高5%～1O%。在变频运行中，在运煤量不大的下或空载的情况下，可将皮带机的运行速度降低，也可节约一部分电量。
4 运用变频器的相关问题
4.1 谐波污染
由于带式输送机全部采用变频驱动，变频器中使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，变频驱动会产生谐波污染，其产生的谐波对电网将产生干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量。高次谐波还会引起电动机定子铜耗、铁耗增加。故变电站在设计中采取相应必要措施。变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的辐射干扰，影响周边电器的正常工作。从国外有关谐波的标准来看，单次电压的畸变率在3%～6%，总电压的畸变率在5%～8%的范围内才可以接受的。
4.2 变频器的散热问题
变频器的故障率随温度的升高而高，成指数上升，使用寿命随温度升高而成指数下降，环境温度升高10℃，变频器使用寿命减半。正确地使用变频器，必须认真地考虑散热问题。
5 结论
综上所述，通过变频系统在皮带输送机上实际应用大大优化了传统驱动方式下皮带的控制和管理模式，大大提高了系统的可靠性和灵活性，极大地提高了生产效率。但变频皮带机在实际生产的应用中，还是暴露了一些问题，只有严格按照变频器的设计要求进行安装和使用，才能最大限度的保证变频器性能的可靠性，降低故障率，达到安全生产的目的。
作者简介
王锋（1983-）男，汉，内蒙古鄂尔多斯达拉特旗人，2007年毕业于中北大学，现供职于神华神东生产服务中心。
[关键词]变频；皮带机；经济效益
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0210-01
1 引言
皮带输送机大多为多滚筒、多驱动系统，传统模式下一般采用工频电源拖动，由于长期工频运行加之液力耦合器传动，存在传动效率低、起动电流冲击及机械冲击大、负载不均衡、维护成本高等问题。近年来，随着电力电子技术、微处理器和数字集成电路的发展，交流变频调速已经广泛应用，并以每年30%以上的速度 ，大大提高的作业效率、降低设备故障停机检修时间及节约能源，变频器在皮带机上的应用日渐成熟和广泛。目前，变频技术已经应用到各行各业，并还在进一步普及。下面以变频皮带机为例，浅谈变频技术应用在皮带机的沿革及优缺点。
2 变频驱动技术的沿革
2.1 电气传动控制系统
电机控制的任务是通过对电动机电压、电流、频率等输入电量的控制，改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。
电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置3部分组成。电气传动控制系统涉及电机学，电力电子技术，微电子技术，计算机控制技术，信号检测与处理技术，控制理论等多个系统。其中，电动机的结构和原理决定了电气转动控制系统的设计方法和运行性能。
电力电子技术是以电力电子器件为基础的功率放大 变换装置是弱电控制强电的媒介，在电气转动控制系统中作为电动机的可控电源，其输出电源质量直接影响电气转动控制系统的运行状态和性能。
微电子技术：高速、大内存容量、多功能的微处理器或单片微机的问世，使各种复杂的控制算法在运动控制系统中的应用成为可能，并大大提高了控制精度。
计算机控制技术：使对象参数辨识、控制系统的参数自整定和自学习、智能控制、故障诊断等成为可能。
号检测与处理技术：主要通过传感器实时检测系统的运行状态，构成反馈控制，并进行故障分析和故障保护。对实际检测的信号进行滤波等处理，提高系统的抗干扰能力。
控制理论，变频器是电气传动控制系统的理论基础，为研究和设计各种新型的传动控制系统提供了理论依据。
2.2 系统组成
2.2.1 电动机及负载
（1）控制对象为电动机。
（2）从电动机类型上可分为直流电动机、交流感应电动机（又称作交流异步电动机）和交流同步电动机。
（3）从用途上可分为用于调速系统的驱动电动机和用于伺服系统的伺服电动机功率放大与变换装置。
（4）有电机型、电磁型、电力电子型等，现在多用电力电子型的。
（5）晶闸管（SCR）是第一代电力电子器件的典型代表，属于半控型器件。
（6）第二代电力电子器件是全控型器件，通过门极既可以使器件开通，也可以使它关断，例如GTO、BJT、IGBT等。
（7）第三代电力电子器件特点是由单一器件发展为具有驱动、保护等功能的复合功率模块。
2.2.2 控制器
（1）分模拟控制器和数字控制器两类。
（2）模拟控制器常用运算放大器及相应的电气元件实现，通用性差，所有运算能在同一时刻并行运行，控制器的滞后时间很小，可以忽略不计。
（3）数字控制器的硬件电路标准化程度高、制作成本低、 而且不受器件温度漂移的影响。属串行运行方式，其滞后时间比模拟控制器大得多。
2.2.3 信号检测与处理
（1）常用反馈信号是电压、电流、转速和位置。
（2）包括电压匹配、极性转换、脉冲整形等。
（3）从带有随机扰动的信号中筛选出反映被测量的真实信号。
2.3 电气传动各种高水平的控制方法
基于电动机和机械模型的控制策略，有矢量控制、磁场控制、直接传矩控制和机械扭振补偿等；基于现代理论的控制策略，有滑模变结构技术、模型参考自适应技术、采用微分几何理论的非线性解耦、鲁棒观察器，在某种指标意义下的最优控制技术和逆奈奎斯特阵列设计方法等；基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神经元网络、专家系统和各种自优化、自诊断技术等。
2.4 电气传动分类
电气传动分成不调速和调速两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。近10年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动面临着一场技术革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。变频调速以其优异的调速和启制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。
3 带机使用变频启动的好处
3.1 真正实现了皮带运输机系统的软起动
运用变频器对皮带运输机进行驱动，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。
3.2 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，采用主从控制，实现功率平衡。
3.3 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。相应的降低了维修费用。
3.4 方便皮带检修
采用变频调速后，可将皮带机运行速度降到很慢，解决了以前由于皮带机运行速度过快而难于检修皮带的问题，提高了皮带的检修效率。
3.5 节约能源
采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.9以上，大大节省了无功功率。采用变频器驱动之后，电机与减速器之间是直接硬联接，中间减少了液力偶合器这个环节。因而采用变频器驱动后，系统总的传递效率可提高5%～1O%。在变频运行中，在运煤量不大的下或空载的情况下，可将皮带机的运行速度降低，也可节约一部分电量。
4 运用变频器的相关问题
4.1 谐波污染
由于带式输送机全部采用变频驱动，变频器中使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，变频驱动会产生谐波污染，其产生的谐波对电网将产生干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量。高次谐波还会引起电动机定子铜耗、铁耗增加。故变电站在设计中采取相应必要措施。变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的辐射干扰，影响周边电器的正常工作。从国外有关谐波的标准来看，单次电压的畸变率在3%～6%，总电压的畸变率在5%～8%的范围内才可以接受的。
4.2 变频器的散热问题
变频器的故障率随温度的升高而高，成指数上升，使用寿命随温度升高而成指数下降，环境温度升高10℃，变频器使用寿命减半。正确地使用变频器，必须认真地考虑散热问题。
5 结论
综上所述，通过变频系统在皮带输送机上实际应用大大优化了传统驱动方式下皮带的控制和管理模式，大大提高了系统的可靠性和灵活性，极大地提高了生产效率。但变频皮带机在实际生产的应用中，还是暴露了一些问题，只有严格按照变频器的设计要求进行安装和使用，才能最大限度的保证变频器性能的可靠性，降低故障率，达到安全生产的目的。
作者简介
王锋（1983-）男，汉，内蒙古鄂尔多斯达拉特旗人，2007年毕业于中北大学，现供职于神华神东生产服务中心。