高压变频器在煤矿皮带运输机中的应用

1、论文高压变频器在煤矿皮带运输机中的应用闫国刚 八宝煤业（集团）公司高压变频器在煤矿皮带运输机中的应用摘 要:本文主要介绍了国产高压变频器在煤矿皮带运输机中的应用情况。针对由2台高压异步电机拖动的皮带运输机，采用了一系列方法成功的解决了皮带运输机运行中的同步、功率平衡、调速等问题。成功地应用在白山八宝煤矿主提升皮带机。应用情况表明，改造是成功的。 关键词：高压变频器 功率单元串联多电平 煤矿皮带运输机 同步控制 调速一、 引言随着电力电子技术、控制技术和电力器件制作工艺的进步，变频器技术发展迅速，尤其是国产变频器的发展更是如此，国产变频器经历了一段曲折的路程，现在走上了飞速发展的时期，国产变频器

2、在风机、水泵等一般负载上的应用已成熟，但在提升机、皮带运输机等特殊负载上的应用实例还不多。矿用皮带输送机一般都采用工频拖动，液力耦合器传动，存在传动效率低、启动时电流冲击及机械冲击大、无法平衡功率等问题，造成了系统运行不经济；皮带及皮带架子损坏和液力耦合器及减速机磨损严重，维修及维护成本高；存在无功环流损耗。因此，对皮带运输机进行变频改造，不但大大减轻皮带机各环节的损坏程度，有利于降低企业生产成本，提高企业经济效益，还符合国家建设节约型社会的主题，具有非常现实的经济意义和社会意义。二、 煤矿皮带运输机的变频改造1、 皮带运输机的工作原理皮带运输机是通过电机驱动滚筒，靠皮带和滚筒间的摩擦力牵引皮

3、带，皮带通过张力变形在支撑辊轮上运动。皮带是一个弹性体，在静止或运行时皮带内贮藏了大量的能量，在皮带机起动过程中，如果不加设软起动装置，皮带内贮藏的能量将很快释放出去，在皮带上形成张力波并迅速沿着皮带传输出去，过大的张力波极易撕断皮带。因此，带式输送机必须加设软起动装置。目前煤矿采用的软起动装置绝大部分是在电机和滚筒间串接液力偶合器。2、 皮带运输机的运行工况原皮带机是双主动辊驱动，采用两台电机拖动，电机功率为220kw，减速机传动比为55.49，起动方式是采用直接起动，即一台电机先送电起动，间隔1秒左右，起动电流降下来后，另一台电机再送电起动。在电机与减速机之间采用液力耦合器连接，以减小机械

4、冲击。皮带机起动起来以后始终以一个速度运行，皮带运行速度为2米/秒。3、 变频改造的必要性原系统采用液力偶合器解决了皮带机的起动问题，但仍具有明显的缺点：(1) 只能在空载时起动，起动电流大。采用液力偶合器时，电机必须先空载起动。起动电流为电机额定电流的5-7倍。很大的瞬间起动电流会在起动过程中产生冲击，起动瞬间会使电网电压下降，影响电网内其它用电设备，另外，还会引起电机内部机械应力和热应力发生变化，对机械部分造成严重磨损甚至损坏。(2) 液力偶合器长时工作时，引起液体温度升高，熔化合金塞，引起漏液，增大维护工作量，污染环境。(3) 采用液力偶合器时，皮带机的加载时间较短，容易引起皮带张力变化

5、，容易引起皮带断裂和老化，因此对皮带强度要求较高，另外，起动速度快，突然起动加速，对减速机及皮带架子等机械部分的机械冲击相当大，对其造成的损坏程度也很大，相对减少其使用寿命。(4) 皮带运输机系统采用两台电机驱动，存在两台电机间的功率不平衡问题，重载时更为明显，直接影响了皮带运输机的最大运量。(5) 原系统不能实现调速，在皮带检修时，皮带速度快，增加了工人检修的难度。三、 皮带机变频器的技术特点吉林八宝煤业有限责任公司强力皮带运输机皮带运输机担负着井下煤炭外运的任务，一旦皮带运输机出现故障就会使全矿停产，直接影响煤矿的产量，故对变频器的可靠性要求极高；又由于井下设备与皮带运输机共用，故要求变频

6、器对电网有较低的的谐波干扰。故皮带机变频器具有以下技术特点，适应皮带运输机的特点和现场工况， 1. 基本技术与性能要求1.1. 变频装置输出谐波及对电网反馈的谐波符合ieee519 1992及中国供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标gb14549-93对谐波失真的要求。输入功率因数高（大于95%），电流谐波小（远小于国家标准5%），不需要功率因数补偿和谐波抑制装置就可满足现场条件。1.2. 变频装置对电网的波动有较强的适应能力，在-1010电网电压波动时，可满载输出；可以承受-20、+15%的电网电压波动而正常运行，完全适应煤矿恶劣的电压环境。1.3. 变频装置带故障自诊断功能，对所发生的

7、故障类型及位置提供中文指示，能在就地显示并远方报警，便于操作人员和检修人员能及时辨别和解决所出现的问题。1.4. 变频器的最大输出力矩不小于电动机额定力矩的200%，运用提升机变频器起动控制技术，可使电机能在较大的重载下启动，可适应负载的突变。1.5. 变频器能够对2台电机的同步启动、停止功能。在运行过程中能够自动地实现转差调节和功率平衡调节；1.6. 变频器采用5速度段控制，每个速度段可分别设置，简化了操作工的操作步骤。2. 皮带运输机变频调速系统2.1. 变频器主回路图皮带运输机采用一拖一方式，其主电路如图1所示。两台变频器分别拖动两台电机，k1、k2组成变频通路，k3为工频旁路通路。2.

8、2. 变频器控制系统变频器采用远程控制，操作工可远程开机、停机以及监测变频器运行参数和运行状态；变频器采用波段控制，共分5个波段，可根据工况要求事先设好这5个速度段，操作工可根据实际工况来自由选择运行速度；两台变频器之间可实现联动控制（可在操作界面设置）；变频器具有自动功率平衡功能，可实现两台电机的同步运行。2.3. 变频器的运行方式双机运行：两台变频器都必须设为双机运行，并且其中一台设为主机，另一台设为从机，当两台变频器都具备起动条件后，变频器的开机操作才有效；变频器运行后，主机按给定频率运行，另一台跟随运行，两台变频器各自实时检测输出电流、电压等参数，经过内部运算获得电机的转差率、转速、功

9、率等，这时从变频器再与主控变频器的相应运行参数进行比较，获得两机的运行偏差信号，经从机cpu运算后输出新的pwm控制信号，来调整从机的输出频率和功率，以实现变频器的同步运行和自动功率平衡。单机运行：两台变频器都可设为单机运行，当设为单机运行后，只能起动其中一台变频器，两台变频器无关联。2.4. 变频器保护功能变频装置系统有过压、过流、欠压、短路、过载、过热、缺相等保护功能。变频器可与原皮带机综合保护装置如烟雾、打滑、跑偏、煤位、瓦斯、纵向撕裂、急停等对接，并完成各项安全保护性能，具体综合保护处理方案可由用户在人机界面上设定。一旦出现系统出现故障，变频器将发出声光报警信号。所有故障情况及故障位置

10、，均在人机界面上显示出来，便于用户根据故障情况采取相应措施。四、 变频改造后的运行效果及分析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。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. 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。同时，利用变频器的软起动功能实现皮带

11、运输机的软起动，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机起动时对皮带架子及减速机等机械部份的冲击及损坏。不但减少了事故率以及维修量，同时降低了维修费用， 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，缩短了检修时间，提高了皮带的检修效率。5. 提高运输能力改造前，若想提高皮带运行速度很难，因为皮带速度越高，要求减速机的减速比越小，电机的功率越大，起动时对电气及机械系统的冲击越大，相对带来的损害也越大，采用变频起动后，由于起动为软起动，速度是从零开始慢慢增加，所以即便提高皮带运行速度，也不会增加电气及机械方面的起动冲击能

12、量，不会带来不良影响，经改造后，减速机的传动比由原来的55.49改为45，电机功率由原来的220kw改为280kw，皮带运行速度由原来的2米/秒提高到2.5米/秒，皮带机的运行速度增加了25%，提升能力由原来的188吨/小时提高到230吨/小时，大大提高了皮带机的运输能力。6. 节约能源通常情况下，煤矿用电机在在设计选型时都留有较大的裕量，工作时绝大部分不能满载运行，电机工作于满电压、满速度而负载经常很小，也有部分时间空载运行。由电机设计和运行特性知道，电机只有在接近满载时才是效率最高、功率因数最佳，轻载时降低，造成不必要的电能损失。这是因为当轻载时，定子电流有功分量很小，主要是励磁的无功分量，因此功率因数很低。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。而液力偶合器本身的传递效率是不高的，并且液力偶合器主要是通过液体来传动，而液体的传动效率比直接硬联接的传动效率要低许多，因而采用变频器驱动后，系统总的传递效率可提高5%10%。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。从整体上看，虽然皮带机的电机功率增大了，传动