变频调速技术在矿用带式输送机中的应用研究

技术创新　柬工案技术　９５　

变频调速技术在矿用带式输送机中的应用研究　

魏巍　

（潞安新疆一矿机运中心，新疆哈密８３９００３）　

摘要：以现代化矿井带式输送机为例，详细介绍变频调速技术在矿用带式输送机的工作原理，结合工作中实际情况，对变频调速技术的优点　

进行分析。　（摘要重新拟写，参见文末例文标准）　

关键词：矿井；带式输送机；变频调速：应用　

０引言　

近年来，变频调速技术在我国取得了长足的发展，其控制精度更　高，调速、起动和制动性能更加优良、可靠性高，也更加环保节能。　

带式输送机是保证煤矿、码头运输能够连续运作必不可少的设施。随　

着生产的需要，带式输送机的运送长度、运货重量都在逐年增大，用　

户对输送机的性能要求也越来越高。为了保证输送机的高效运行，减　

轻对机械和电网的冲击，实现经济效益和社会效益双赢的局面，煤矿　

企业对带式输送机进行了全面的改造升级。把变频调速技术应用于带　

式输送机中，既减轻了运输负担，又提高了经济效益。　

１　矿用输送机的特性和输送机变频调速的特性　

１．１矿用输送机的特性　

在分析煤矿输送机的基础上，明确了煤矿输送机负载输送的特性　

是恒速负载。在输送机处于异样低速扭矩工作的过程中，它的速度不　

会出现一丝的改变。根据煤矿生产时的输送，特别是输送材料，尽管　负载电阻在相应的范围出现扭矩的改变，可是输送机的均匀特性难以　

发生变化。另外，煤矿生产输送的整个过程当中输送带的速度是相同的。　

结合实际情况，输送机以负电源、接近零功率、零电源等进行，　它能够实现几公里或几十公里的输送长度，且输送机具备长时间低速　

工作的优势，造成输送机具备十分复杂的系统。因为变频驱动系统当　

中的矢量控制特性是长时间低速工作与高速性，并且速度反馈可以事　

先把要求的速度当作目标，自动地控制与监控扭矩。并且根据煤矿输　

送的实际要求引入张力控制与测量的过程，以保障整个煤矿输送的可　靠性与稳定性。　

１．２　输送机变频调速的特性　

变频调速技术可以实现多电机驱动功率的平衡与软启动。通过变　频器具备的软启动优势，统一输送机与电机当中的软启动，并且在驱　

动的过程中，借助功率平衡调节软件，输送机多台变频器的输出功率　

会非常稳定。如此的输送在进行启动的时候不但张力小，而且有着较　高的工作效率，还可以对输送时发生的机械问题进行发现。　

输送机当中的变频调速技术不仅使得设施的维护减少，进行重载　

启动，而且节约了能源。因为变频器集成了电子器件，是凭借电子决　

定设施的工作寿命，并且使借助变频器的软启动来进行输送机软启动　

的，为此，在进行启动的时候比较平滑，过大的冲击不会发生，这使　

得输送机的检修工作减少。将变频调速技术应用于煤矿输送机中，提　

高了系统的效率与功率，实现了节能的目的。结合设计与工作的煤矿　

电机能够得知，电机往往处在慢速度与电压的情况，然而负载非常小，　

一直到接近满载的过程中最为理想的功率因素与高效率才会出现。为　

此会浪费电能。变频调速技术投入应用之后，能够实现至少０．９的功　率因数，还使得液力耦合器在减速器与电机当中的应用减少，实现了　

高于液力耦合５％～１ｏ％的传递效率。如此大大地提高了系统的效率　

与功率因数。在日益进步的变频调速技术影响下，无论是在先进的技　

术上，还是在经济效益上，煤矿输送机当中的变频器依旧占据主导。　

２带式输送机上变频调速技术的应用　

当今，液力耦合器是大部分矿井所应用的软启动设备。它的性能　难以实现矿井带式输送机拖动的需要，它的基本要求是：适用经济，　

节能，工作稳定，维护量小，启动转矩大，调速性能好，启动性能好，　

控制简单。为此，实施液力耦合器的带式输送机启动已经难以跟现代　

化矿井输送系统的需要相符合。　

２．１切实做到了带式输送机的软启动　

带式输送机借助变频器实施驱动，变频器的软启动可以有效地统　

一带式输送机的软启动与电机的软启动，借助电机的慢速启动，会慢　

慢地启动带式输送机，进而释放皮带里面贮存的能量，以最大程度地　降低带式输送机起停过程中的冲击，基本不会损害皮带。　

２．２重载启动　

实施无极调速控制的变频器最大能够输出１．５倍转矩的低频工作，　

为此，非常得适宜重载起动。　

２．３验带作用　

检修带式输送机的需要是低速验带，在空载验带的情况下，无极　

调速的变频调整系统的交流传动系统的变频器能够调整电机工作在　５％一１ｏ０％带速范围之内的所有带速。　

２．４皮带带强的减小　

借助变频器进行驱动后，因为变频器的驱动可调时间是１ｓ一　

３６００ｓ，一般来讲，带式输送机的启动时间范围是６Ｏｓ一２ｏ０ｓ，结合设　

定的场地，延长带式输送机的时间，使得对皮带带强的需要和装置开　

始的投资降低。在应用的时候，因为启动冲击减小，也减少了输送机　

机械装置的损耗，且延长了滚筒和托辊的使用年限。　

２．５实现带式输送机多电机驱动功率的平衡性　皮带机借助变频器实施驱动，通常借助一拖一的控制手段，在驱　

动多电机的过程中，实施主从控制，实现了功率的平衡。　２．６　自动化调速，实现理想的节能效果　

变频调速技术的应用，能够让电动机处于高效工作的状态，有着　十分理想的节电效果。　

３带式运输机上使用变频调节技术的优势　

３．１可以实现主控一体化、高性能化和全数字化　

我们把变频技术应用到带式运输机上，为了实现在大功率下的高　

效运行，我们完成了主控一体化的整合，把变频设施和运输机有机的　

结合在一起。变频技术在带式运输机上的使用提高了运输机的运送效　

率，实现了对大功率、重物资的运输和高性能化。随着计算机技术的　

发展，信息程度的加深，要做到带式运输机和变频调节技术的完美融　

合，就一定要走数字化这条道路。ＤＳＰ芯片、ＳＴＤ总线、工业ＰＣ总　

线在运输机上的完美结合，也使得全数字化得到了实现。　

３．２实现了节能、环保，降低了成本　原电机由工频驱动直接控制的时候，满载时的功率因数为Ｏ．８５左　

右，实际运行时远低于０．８。在采用变频调速系统以后，不需要其他装置，　

其功率因数就可以提高到０．９以上，满足了电网的需求，也节约了费用。　在采用变频技术进行调节之后，由于通过调节电机转速实现了节能，　

在负荷率比较低的时候，电机转速也随之降低。并且设备的磨损情况　

有所改善，加强了维护周期，延长了设备运行的寿命，减少了维修量，　检修费用也得到了节省。现今的系统与陈旧的设施相比，保护功能更　

强，可以更好地过流、过压、过热，具有多项保护功能。此外，也更　

能适应电网电压的波动，电压工作范围得到了拓宽。经实践证明，将　变频调速技术应用到带式输送机上，节能效果更显著。　

３．３降低了设备的运行与维护费用　

采用变频调速技术进行调节，由于通过调节电机转速从而实现节　

能，在负荷率较低的同时电机的转速也得到了降低，使得主要设备和　

相应的辅助设备比如轴承等磨损的程度减轻，加长了设备的维护周期，　

延长了设备的运行寿命，减少了机械磨损，维护工作量降低，检修费　

用下降。　

４结语　

综上所述，变频调速技术在矿用带式输送机上的应用，不但有着　

节能、大范围的调速、装置体积小的特性，而且具备性价比高、稳定　

性好、较高调速特性的优势。在实践中应用变频调速技术，降低了输　

送机的维护量与损耗，为此，应用此种技术能够实现良好的社会效益　

和经济效益，是值得倡导的。　（下转第１０８页）

　１０８　柬工案技术　技术创新　

新型太阳能电池关键材料研究及其进展　

王曼星　

（成都理工大学工程技术学院，四川乐山６１４０００）　

摘要：在太阳能的有效利用中，光伏发电是近些年来发展最快、最具活力的研究领域。新型太阳能电池在成本方面比晶体硅太阳能电池具有　

很大的成本优势，因此新型太阳能电池成为新的主要研发方向。本文主要介绍硅基薄膜电池、碲化镉太阳电池、聚合物太阳电池、量子点太阳　

电池等新型太阳电池的特点及其关键材料研究进展。　

关键词：太阳能电池；薄膜；转换效率　

１　硅基薄膜太阳电池　合物／富勒烯太阳电池的效率可达１２％，叠层器件的效率可达２０％。　

相对于单晶硅太阳能电池，非晶硅薄膜太阳能电池具有诸多优点　

使之成为一种优良的光电薄膜光伏器件。自１９７６年美国的Ｃａｒｌｓｏｎ和　Ｗｒｏｎｓｋｉ制备出第一个非晶硅太阳能电池，非晶硅太阳能电池就成为　

世界各国太阳电池的研究重点。　

目前ａ—Ｓｉ单结太阳能电池的最高转换效率为１３．２％，但单结非晶　

硅薄膜太阳能电池不能完全利用太阳能，只能将有限的太阳光谱波段　

转换成太阳能，因此采用分波段利用太阳能光谱来提高光电转换效率　

的叠层电池结构成为发展趋势。　

２碲化镉太阳电池　

碲化镉薄膜太阳能电池是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器　

件。美国南佛罗里达大学于１９９３年用升华法在１ｃｍ　面积上做出转换　

效率为１５．８％的太阳电池；随后，日本Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ　Ｂａｔｔｅｒｙ研究的ＣｄＴｅ　

小面积电池在实验室里的最高转换效率为１６％，成为当时碲化镉薄膜　

太阳能电池的最高纪录。　

近年来，太阳电池的研究方向是高转换效率、低成本和高稳定　性。因此，以碲化镉薄膜太阳能电池为代表的薄膜太阳电池倍受关　

注。西门子开发的面积为３６００ｃｍｚ的碲化镉薄膜太阳能电池转换效率　

达到１１．１％；美国国家可再生能源实验室公布了Ｓｏｌａｒ　Ｃｅｌｌｓ公司的面　

积为６８７９ｃｍ　的碲化镉薄膜太阳能电池的转换效率达７．７％；Ｂｐ　Ｓｏｌａｒ　

的碲化镉薄膜太阳能电池面积为４５４０ｃｍｚ，转换效率为８．４％，面积为　

７０６ｃｍｚ，转换效率达到１０．１％Ｇｏｌｄａｎ　Ｐｈｏｍｎ的碲化镉薄膜太阳能电池，　

面积为３５２８ｃｍ　，转换效率为７．７％。　

国际上许多国家的ＣｄＴｅ电池已由实验室研究阶段开始走向规模　

工业化生产。１９９８年美国碲化镉薄膜太阳能电池产量只有０．２ＭＷ，而　在２０１０年，美国第一光伏的年ＣｄＴｅ生产量达到了２．２ＧＷ，商业模块　

平均效率为１１．７％。　

３聚合物太阳电池　

聚合物太阳电池具有成本低、重量轻、制作工艺简单（可采用简　

单溶液旋涂、喷墨打印等方法加工）、可制备大面积柔性器件等突出　优点而备受关注。另外有机材料种类繁多、可设计性强，有希望通过　

材料设计和器件结构的优化来提高太阳电池的性能。一旦在电池光电　

转化效率和稳定性方面取得进一步突破，将极大地改进目前的能源结　

构，引发一场新的能源革命，其市场前景将十分巨大。　

在过去的２Ｏ多年里，聚合物太阳电池从电池给受体材料的设计合　

成到器件结构及界面的优化都取得了长足的发展，聚合物太阳电池的　光电转化效率在实验室已经超过１０％。根据模拟预测，当器件的能级　

结构、材料的带隙及迁移率都处于同时优化的器件中，本体异质结聚　４量子点太阳电池　

新一代太阳电池的实现需要引入各种新概念以及新结构。量子点　

是实现新一代太阳电池的重要结构之一，是指半径小于或接近激子波　

尔半径的零维半导体纳米晶，通常由Ⅱ一Ⅵ族、Ⅳ一Ⅵ族或Ⅲ一Ｖ族　

元素组成。量子点独特的性质源于材料的量子效应，即当颗粒尺寸进　

入纳米量级时，尺寸限域将引起库仑阻塞效应、尺寸效应、量子限域　

效应、宏观量子隧道效应和表面效应等。量子点材料体系具有与宏观　体系不同的低维物性，展现出许多不同于宏观体材料的物理化学性质。　

在发光显示、激光照明、生物标记、催化、医药和太阳电池等方面具　

有广阔的应用前景。　

Ｎｏｚｉｋ研究组在光电转换效率约为４．５％的ＰｄＳｅ胶体量子点太阳