BPJV-1400∕3.3矿用隔爆兼本质安全型高压变频器的研制及应用.pdf

2 0 1 3 年第2 期煤矿机电 8 3 B P J V 一1 4 0 0 3 3 矿用隔爆兼本质安全型 高压变频器的研制及应用 张纯1 沈宜敏2 张纯宪3 1 兖州煤业股份有限公司综机管理中心 山东邹城2 7 3 5 0 0 2 青岛天信电气有限公司 山东青岛2 6 6 4 0 0 3 兖州煤业股份有限公司济j 三煤矿 山东济宁2 7 2 0 6 9 摘 要 针对煤矿综采工作面大功率刮板输送机等设备起动和调速困难等问题 设计制造了 B P J V 一1 4 0 0 3 3 矿用隔爆兼本质安全型高压变频器 该变频器集变频调速技术 散热技术 电气控 制技术 防爆技术和环保技术为一体 采用先进的微处理控制技术控制电动机的电磁状态 配合直 接转矩控制技术 D T C 可达到无传感器电动机控制 控制精度高 起动转矩大 调速性能好 该变 频器已成功应用于济三煤矿 产品经检测符合G B T 1 2 6 6 8 等标准 通过了技术鉴定 关键词 刮板输送机 防爆高压变频器 I G C T 功率器件 直接转矩控制技术 中图分类号 T N 7 7 3文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 1 3 0 2 0 0 8 3 0 3 R e s e a r cha n dA p p lica t io no f I n t r in s ica l l yS a f e B P J V 一14 0 0 3 3F I a m e P r o o fa n d H ig hV o l t a g eI n v e r t e r Z h a n gC h u n1 S h e nY im in 2 Z h a n gC h u n x ia n 3 1 C o m p r e h e n s iv eE q u ip m e n tM a n a g e m e n tC e n t e r Y a n z h o uC o a lM in in gC o m p a n yL im it e d Z o u ch e n g2 7 3 5 0 0 C h in a 2 Q in g d a oT ia n x inE l e ct r icit yC o m p a n y Q in g d a o2 6 6 4 0 0 C h in a 3 N o 3J in in gM in e Y a n z h o uC o a lM in in gC o m p a n yL im it e d J in in g2 7 2 0 6 9 C h in a A b s t r a ct F o rs t a r ta n ds p e e dd r iv ed if f icu l t ie so ff u l l ym e ch a n iz e dinh ig h p o w e r s cr a p e rco n v e y o r sa n do t h e r e q u ip m e n tin co a l m in in gs u r f a ce d e s ig n sa n dm a n u f a ct u r e sh ig h v o l t a g ee x p l o s io n p r o o f a n din t r in s ica l l ys a f e in v e r t e rB P J V 1 4 0 0 3 3f o rm in e T h ein v e r t e rs e tf r e q u e n cyco n t r o lt e ch n o l o g y co o l in gt e ch n o l o g y e l e ct r ica l co n t r o l t e ch n o l o g y e x p l o s io n p r o o ft e ch n o l o g y a n de n v ir o n m e n t a lt e ch n o l o g ya sa w h o l e a d o p t sa d v a n ce d m icr o p r o ce s s o rco n t r o lt e ch n o l o g y t oco n t r o lt h e e l e ct r o m a g n e t ic s t a t eo fm o t o rw it hd ir e ct t o r q u eco n t r o l l in g t e ch n o l o g y D T C w h ichca nb ea ch ie v e dw it h o u ts e n s o rm o t o rco n t r o l h ig hp r e cis io n h ig hs t a r t in gt o r q u e b e t t e rp e r f o r m a n ceo fg o v e r n o r T h ein v e r t e rh a sb e e ns u cce s s f u l l ya p p l ie dt ot h eN o 3J in in gm in e I th a sb e e n t e s t e da n dm e e tt h eG B T 1 2 6 6 8s t a n d a r d sa n dp a s st h et e ch n ica la p p r a is a l K e y w o r d s s cr a p e rco n v e y o r f l a m e p r o o fh ig hv o l t a g ein v e r t e r I G C Tp o w e rd e v ice s d ir e ctt o r q u eco n t r o lt e ch n o l o g y 0 引言 煤矿回采工作面或顺槽等场所主要应用刮板输 送机 其运行质量和可靠性直接影响并决定了矿井 生产运输的效率及企业的效益 随着煤矿生产产能 的逐步提高 矿井下工作面刮板输送机的装机容量 铺设长度 运量不断的增加 使之设备常处于高负荷 运转状态 系统启动频繁 在起动负载或运行负载 冲击较大且极不稳定的状态下 工作面刮板输送机 经常发生卡链 断链 脱齿 底链落道等故障 严重时 更会发生刮板链跑出溜槽等严重故障 作为挠性传 动件的刮板链 需要定期紧链 这就要频繁起动电动 机且经常在重载或满载下起动 对电动机造成一定 的损害 有时甚至烧毁电动机 为了抑制事故的发 8 4 煤矿机电2 0 1 3 年第2 期 生 加强对驱动装置的控制 改善刮板输送机拖动系 统的起动和驱动特性 提高其运行质量和可靠性 减 少事故率 延长零部件的使用寿命 大功率刮板输送 机拖动系统的研究已成为技术关键 近年来 我国 刮板输送机配置双速电动机和进口C S T 或 1 7 I T l l 等 可控液力偶合器系统的工作面越来越多 但双速电 动机拖动仍产生较大的机械冲击和电气冲击 经常 造成起动失败 断链等事故 安全性较差 而C S T 和 I Y I T r 等可控液力偶合器调速系统又需要进口 价格 高 运行费用高 维修困难 已成为制约高效生产的 主要因素 随着我国煤炭产量的不断提高 大功率的采 掘 运设备不断增加 其电压等级也逐步升高 近年 电力拖动技术尤其是变频调速技术的发展 作为大 容量传动的高压变频调速技术得到越来越广泛的应 用 兖州 矿业 集团在积极引进国际先进技术和 一流装备的同时 2 0 1 0 年与青岛天信电气有限公司 共同将B P J 5 0 0 11 4 0 矿用隔爆兼本质安全型变频 器首次成功应用于煤矿综采工作面刮板输送机拖动 系统 2 0 1 0 2 0 1 2 年 又与青岛天信电气有限公司 再度合作 共同开发研制了综采工作面刮板输送机 用B P J V 一1 4 0 0 3 3 矿用隔爆兼本质安全型高压变频 器 并在济宁三号煤矿1 8 3 上0 4 综采工作面试验成 功 2 0 1 2 年9 月1 日 通过由国家安全生产监督管 理总局规划科技司在青岛组织的专家鉴定 鉴定意 见为该型工作面刮板输送机用高压变频器填补了国 内外空白 成果达到国际领先水平 1 变频调速电控系统 1 选用进口嵌入式工业控制计算机 例如启动 向导 自定义编程 A B B 专利直接转矩控制技术 D T C C A N 总线 工业以太网等通用接口技术 调 试和维护方便 2 微机控制板输入电源加装E M I 滤波器 共 模电感 高频磁环等 有效抑制传导干扰 低E M C 干 扰 延长电动机的使用寿命 3 变频器输入端加装E M I 滤波器 可以有效 抑制变频器对电网的传导干扰 加装输入交流和直 流电抗器 可以提高功率因数 减小谐波污染 综合 效果好 4 在变频器侧添加交流输出电抗器 解决因输 出导线对地分布参数造成的漏电流保护和减少对外 部的辐射干扰 5 配有1 0 4 英寸彩色液晶显示器实时显示变 频器工况和故障现象 高压变频器为二象限运行变 频器 适用于交流5 0H z 电压33 0 0V 供电系统 7 0 0k W 及以下煤矿综采工作面刮板输送机等类似 场合 2 变频器参数及特点 2 1 主要参数 变频器输入电压 V 输入电压波动范围 最大电压不平衡度 供电频率 H z 频率波动范围 总体输人功率因数 变频器额定输出电压 V 输出频率范围 H z 变频器持续输出功率 k W 短时过载能力 控制精度 转矩阶跃响应时间 m s 额定负载下的总体效 率 输出电压和电流谐波畸 变 转矩脉动 2 2 技术特点 2 19 0 3 1 0 2 5 0 2 0 9 5 2 0 1 0 0 负 载 33 0 0 6 6 6 6 14 0 0 每1 0m in 允许1m in 1 2 0 的额定负载 额定转速的0 1 9 8 4 包括辅助电源的 总体效率 2 2 1 采用I G C T 功率器件和正弦波滤波器 输出 电压具有良好的正弦波特性 无需考虑容量冗余 可 消除d u d t 的影响 解决电压尖峰对电动机绝缘性 能的损坏 其主回路无熔断器设计 可与自恢复技术 快速保护 速度是快速熔断器的10 0 0 倍 保护速度 达2 5u s 2 采用1 2 脉冲电源供电模式 见图1 逆变回 路采用三电平控制技术和正弦波滤波器方案 降低 了变频器对电动机的谐波 使变频器到电动机的电 缆长度不低于3k m 3 软启动特性好 起动转矩达到1 5 0 额定转 矩 调速性能好 4 节能特性高 可节约电能1 5 以上 5 能实现井下变频运行时负荷电缆及电动机 等设备在线漏电保护 下转第8 7 页 2 0 1 3 年第2 期煤矿机电 8 7 3 结语 几年来 由我厂制造的几批特厚煤层放顶煤液 压支架都取得了较理想的效果 实践证明 液压支架 生产过程中 结构件品质控制的关键在于从下料 组 点 加工 表面处理等全过程各个因素采取措施加以 控制 只要采取科学 合理 有效的控制措施 生产出 高质量的液压支架是可行的 参考文献 1 潘绪全 浅谈液压支架结构件生产的过程控制 J 工业技术 2 0 0 9 1 0 9 9 1 0 0 2 李晓桦 煤矿用液压支架的工艺制定及作用 J 科技情报开 发与经济 2 0 11 2 3 2 1 9 2 2 0 3 宋刚 丁付强 低温时效工艺在液压支架结构件上的应用 J 煤矿机械 2 0 1 1 1 1 1 3 1 1 5 4 胡春平 煤矿液压支架结构件焊接 丁艺研究 J 科技与企 业 2 0 1 2 1 0 1 5 3 1 5 4 5 丁剑伟 王敬源 基于疲劳强度的焊接结构设计与分析 J 煤 矿机电 2 0 1 2 3 9 2 9 5 作者简介 文 金玉 1 9 7 4 一 女 工程师 2 0 0 9 年毕业于太原理工 大学机械工程及自动化专业 现在大同煤矿集团机电装备中央机厂 技术中心从事技术工作 收稿日期 2 0 1 2 1 0 1 2 责任编辑 陈锡强 t e t e G e 气cG c气e 水1 心以 水气也 肆 I 譬 气也气e 气屯 e 弋e 气e 气c气c气 吧气e 气也 也 沁以汜1 屯 7 譬o 上接第8 4 页 D C L in k 矿q一I 丕j 丕5 丕 2 2l2l I T2 II丕2 王 丕2ij 丕一 2王Z 2i 十 一 1n 2I2 iZ N 一 l 1 工 一一 丕一l 2i5丕2王j丕2ij 2王2 i2 j 弋 丕j 丕 弋丕 叫 l 图11 2 脉波变频器原理图 6 研发了33 0 0V 矿用隔爆变频器水冷却装 置 解决大功率变频器在煤矿井下应用散热和隔爆 问题 3 井下运行试验情况 该变频器于2 0 1 2 年5 月2 0 日起在济宁三号煤 矿1 8 3 上0 4 综采工作面的S G Z l 0 0 0