摘要：介绍了港口带式输送机的电机运行数量控制技术、异步电动机 Y 一 △ 接法变换技术、流量自动控制技术和降电压技术等相关节能改造技术，分析了其原理、使用经验、应用范围和优缺点。
关键词：带式输送机；节能改造；综述
带式输送机是港口散状物料的主要运输工具之一。港口用带式输送机主要用于输送煤炭、矿石、散粮等散状物料，具有输送量大、输送距离长的特点。一般新建煤炭码头带式输送机输送能力大都在6000t/h左右，长度大都在l000m以上，并且趋向宽带化和高速化。根据国家 节能减排 的要求，港口用带式输送机的输送能力应与驱动能力相匹配，以降低能耗、提高功率因数。目前国内对带式输送机的节能改造研究已取得了一些成果。
1.电机运行数量控制节能
带式输送机在运行的过程中，无论堆、取料机在堆场的任何位置作业，电机一般都全部投入使用。在港口散状物料运输中，堆、取料机的作业位置不同，带式输送机有料段的长度也不同。当带式输送机的有料段较长时负载较大，电机的运行效率也比较高；若带式输送机有料段长度较短，电机的运行效率则较低，就会出现 大马拉小车 的现象，从而造成能源浪费。另外在配煤作业时，按照配煤要求，至少需要同时运行两条取料带式输送机，每条输送机煤流量则较小，如果这时所配置的电机全部投入运行，也会造成很大的电能浪费。因此有必要通过改变运行的电机的数量，使负载大小与驱动功率相匹配。
电机运行数量控制技术的关键是准确判断增减电机的时机。对于增减电机时机的判断方法，目前主要有堆、取料机位置检测法和电机电流检测法两种。
1.1堆、取料机位置检测法
堆、取料机位置检测法就是在重新选择所需电机额定功率的前提下，在堆、取料机行走轨道的合适位置加装具有状态锁定功能的行程开关或编码器。在带式输送机启动阶段，所有电机全部投入运行，然后由行程开关或编码器检测堆、取料机的工作位置。若堆、取料机位于带式输送机临界跺位(根据输送机实际所需功率确定)内作业，带式输送机则减少一台电机拖动，若堆、取料机位于带式输送机临界跺位外作业，带式输送机则仍由所有电机拖动(见图1)。
日照港一公司对部分带式输送机进行了节能改造，采用行程开关检测堆、取料机工作位置。改造后的带式输送机用电量有较大幅度的下降。根据统计计算，7条堆场用带式输送机每年可节约电费40多万元[1]，当年就可以收回改造的费用，节电的经济效益比较显著。
值得借鉴的是，日照港一公司在堆、取料机轨道两侧各安装了一只行程开关(相互平行安装)，只有两只行程开关动作方向一致时判断状态才是有效的，这样就有效地防止了由于人为因素及外部因素造成行程开关的误动作，从而并提高了系统的可靠性。
与日照港不同的是，秦皇岛港七公司采用绝对式旋转编码器检测堆、取料机的工作位置。由于绝对式旋转编码器采用机械连接的方式，因此在掉电时编码器的位置不会改变，上电后立即可以取得当前位置数据，而且绝对式旋转编码器检测到的数据为格雷码，因此不存在模拟量信号的检测误差。
通过比较可知，编码器较行程开关定位精度高，而且可连续输出堆、取料机的位置数据，因此便于增加或减少电动机运行数量。行程开关改造方案比较简单，加装设备少，因此造价较编码器改造方案低。
无论是采用行程开关，还是采用编码器，都是通过检测堆、取料机的位置来控制驱动电机的数量以达到节能目的。该方法的改造方式结构简单，易于维护，但由于未考虑配料时的轻载工况，不能根据配煤流量来判断是否应进行减电机操作，因而仍然会存在电动机利用效率不高的问题。
1.2电机电流检测法
当带式输送机负荷较大时，电机电流也较大；当带式输送机负荷较小时，电机电流也较小。因此无论是带式输送机承载物料长度的改变，还是承载物料流量的改变，都会引起电机工作电流的变化。
秦皇岛港二公司采用了通过电流检测来控制运行电机数量的节能改造方法，其工作流程见图2。节能系统由前端数字电流表、PLC、终端控制箱等几部分组成。电流表连接在输送机驱动电机电流互感器上，具有数据远传功能。电流表将测得的电流值上传至PLC采集模块后，由PLC对测得值与设定电流值A1进行比较，若测得值小于设定值A1，说明电机利用率较低，此时由PLC发出减电机指令；若测得值大于设定值A1，则电动机维持原状态运行。在减电机运行过程中，电流表随时检测电机的电流值，当由于负荷增加导致电流值增大到大于设定值A2时，被减掉的电机将重新投入运行。为了避免带式输送机出现反复增减电机的死循环，电流设定值A2需大于A1。
此外，输送机起动时，因需要的短时功率比较大，需要全部电动机投人运行，此时PLC忽略电流数据，经过300s左右时间延时，待输送机运转平稳后，再根据电流值进行控制。
秦皇岛港二公司自实施节能改造以来，每月平均节电1l221kW h，节能率为11．72％。
通过电流检测来控制电机运行数量的节能改造方法可以实时动态监测带式输送机上负荷的大小，但是由于受到外界干扰有时会造成负荷波动，检测到的电流值有时不能真实反应带式输送机的稳定负荷，因此可以适当降低控制系统的灵敏性，使系统忽略瞬时峰值，只有持续的大电流值才被认为是有效的。
2.异步电动机 Y 一 △ 接法变换节能
根据异步电动机的工作原理可知，三角形接法( △ )定子绕组上的相电压V△j与线电压VL相等，星形接法( Y )定子绕组上的相电压。电机所需要的无功功率Q包括励磁无功功率QJC和漏磁无功功率QLC两部分，即Q=QJC+QLC。由于漏磁无功功率QLC与用电设备的负荷电流成正比，且负荷不变时三角形接法和星形接法电机的负荷电流大小相同，因此两种接法的漏磁无功功率QLC也相同。而励磁无功功率QJC与定子绕组上的相电压的平方成正比，因此，即定子绕组为星形接法的电机所需的励磁无功功率仅是三角形接法电机的1／3。
由于在同样电压和负荷下，电动机的 △ 接法比 Y 接法的无功功率大，而有功功率相等，因此电动机的 △ 接法较 Y 接法所耗总功率P也较大，又因为总功率P=N w，因此转速w一定时，电动机的 △ 接法较 Y 接法输出扭矩N也较大。
在带式输送机的工作过程中，有时难免要在额定负荷下启动，如故障停机、紧急停机后的启动。此时启动力矩是静阻力矩的1．5~1．8倍，而进入恒速时，其转矩很小，电机的负载率很低。长期低负载运行，既浪费有功功率，又增加无功功率损耗。为了解决这些问题，浙江舟山港采用在 △ 接法下启动电动机，在 Y 接法下运行的方法，从而达到了节能降耗的目的，提高了电机的使用效率。[2]
此外，由于带式输送机有时并不输送物料或物料很少，若电机一直运行会造成能源浪费，若电机频繁启动，又会大大降低电机的使用寿命。连云港港对 △ 接法下运转的380V三相异步电动机安装了XSZ系列节电器，随着带式输送机负荷的变化，利用XSZ系列节电器对电动机进行 △ Y 接法的反复切换，既节约了能源，又解决了电机需频繁启动的问题。经过试验[3]，安装XSZ系列节电器后，一年节约了电费13380元。
异步电动机的 Y 一 △ 接法变换技术简单，应用较早，但节能效果有限，所以主要用于短距离带式输送机中负载率较低的情况下。
3.带式输送机流量自动控制节能
作业时带式输送机上的料流连续性越强、物料分布越均匀、平均流量越稳定，耗电量就越少；反之则越大。带式输送机的输送系统中一般采用装载机 漏斗 移动式小皮带机 大皮带机的上料工艺，其控制流量的方式就是根据带式输送机料流检测装置测出的瞬时流量值，随时调整上料设备的数量及作业速率。在传统的控制方式中，中央控制室内的监控人员一旦发现流量过大或过小，便通过对讲机发出指令给堆场上料区的现场调度员，再由现场调度员指挥作业人员相应增减装载机、漏斗、小皮带机等上料设备的数量或改变装载机的上料速率，从而完成对物料流量的控制。这种料流控制方式需要视流量变化而进行调整，调整动作是滞后的，调整量不够准确，难以使物料流量持续均匀、稳定，在影响作业效率的同时又增加了系统的耗电量。此外，流量持续过大则容易造成各转接塔溜筒堵料和停机，不利于设备的安全运行。带式输送机流量自动控制技术可以解决以上存在的问题，在限制大流量、保证设备安全运行的同时，还能够及时、准确地调整物料流量，增强料流的稳定性，提高输送机作业效率，降低系统的生产能源单耗。
天津港研制出了一种输煤带式输送机的自动限流装置，并将其应用于焦炭长廊带式输送机输煤系统[4]。这种输煤带式输送机限流装置的主体由三段导料槽、三对料流管以及三段调节闸组成(见图3)。其中三段导料槽分别为前段导料槽、中段导料槽和后段导料槽；每段导料槽仓内分别连通一对沿着输送机承载皮带两侧引向地面的料流管；三段导料槽的尾部在输送机承载皮带的上方分别固定安装有前段调节闸、中段调节闸和后段调节闸，各段调节闸的末端均固定安装一块刮挡物料用的刮料胶皮。每段调节闸水平方向各间隔1500mm，三段调节闸末端刮料胶皮距承载皮带的垂直高度形成顺料流方向由高到低的逐层刮料梯度，具体高度可根据作业物料的粒度、流动性等实际情况随时进行调整。限流装置在带式输送机中的安装位置如图4所示。
根据焦炭长廊带式输送机输煤系统作业煤种粒度的大小，调节三段调节闸刮料胶皮的高度(例如前段调500mm、中段高度350mm、后段200mm)。当物料经上料区进入限流装置时，各段调节闸会将超过高度的料流挡在导料槽内。导料槽又将物料暂时存于导料槽仓内，待低料流时落回皮带上。当流量持续过大而使前段导料槽仓内积满刮留的物料时，则通过两侧的料流管将物料溢出，堆积在带式输送机两侧作为地脚料处理。
经过自动限流装置后，料流较进入装置前明显均匀、平整。这样，在进入转接塔之前，带式输送机上的物料已被充分调匀，且流量持续稳定。
输煤带式输送机限流装置的具体应用效果主要体现在以下两个方面：①有效地避免了大流量的出现，增强了料流的稳定性，提高了带式输送机作业效率；②节约了设备运行成本，降低了能源消耗。根据统计与估算[4]，应用限流装置后可节省单吨运行成本费用约0．69元／t，以焦炭长廊年作业量200万吨计算，每年可节省运行总成本约138万元。
4.带式输送机降电压技术
三相异步电机在满负载运行时，功率因数较高，电流滞后电压的相位角 较小，随着电动机负载变轻， 角将增大，功率因数降低。降电压的节能改造技术就是将三相电源经双向可控硅调压后对电动机供电，用可控硅的触发角 自动跟踪 角，当 角增大， 角也相应增大，电动机的端电压降低，负载电流减小，根据公式可知，电动机的消耗功率也就降低，实现了功率因数的自动补偿。
目前降电压节能改造技术在煤矿用带式输送机中应用较多[5]，在港口用带式输送机中应用较少。
5.结束语
经过对电机运行数量控制、异步电动机的 Y △ 接法变换、流量自动控制、降电压等4种节能措施的技术原理和使用经验的初步探讨，可以得出以下几点结论：
1)4种带式输送机节能改造技术都可以达到降低能耗和提高电机利用率的目的，其中电机运行数量控制技术应用较为广泛，堆、取机位置检测法和电机电流检测法各有优缺点。电机运行数量控制技术是涉及机械、电气控制和供电技术等学科的综合性技术，更加成熟的电机运行数量控制技术将在带式输送机的节能改造中大有可为。
2)异步电动机 Y △ 接法变换节能改造技术主要用于短距离带式输送机中，它主要用来解决电机频繁启动和启动时扭矩不足的问题。
3)自动限流装置在焦炭长距离带式输送机系统上的应用取得了良好效果，如何调整限流装置的结构及性能(如导料槽间距、刮料胶皮的高度、材料等)以适应不同类型物料的输送仍需要研究。
(4)降电压的节能改造技术在港口用带式输送机中应用较少，随着该技术的进一步发展，将得到越来越广泛的应用。