变频技术在煤矿井下胶带运输系统中的应用

变频技术在煤矿井下胶带运输系统中的应用

叶的旺

关键词：变频技术运输胶带机改造应用节能降耗

0引言

据统计全矿井运输设备的总装机负荷占矿井总负荷的1/4左右，而耗能占全矿井的1/3左右，是煤矿的耗能大户，采用技术改造实现节能降耗在煤矿运输系统将有比较大节能潜力，据综合分析运输设备采用变频调速节能可达到20%~40%，具有明显的经济效益和社会效益。

1现行状况

煤矿井下大部分运输胶带机均为直接启动，由于起动时间短，对转动部位和减速器冲击较大，加快减速器齿轮磨损，缩短了机械设备的使用寿命，同时，由于直接启动时电机启动电流大，对电网造成较大程度的冲击和影响。基于以上原因，对井下几处胶带机进行了技术改造，胶带输送机采用变频驱动控制，实现全过程变频调速。

2变频调速原理及主要实施方案

2.1调速原理

三相异步电动机速度公式为：

式中：n——异步电动机的转速

f——电网频率

s——电动机转差率

p——电动机极对数

由公式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0~50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。胶带输送机采用变频驱动控制，解决在皮带机启动过程中软起动和大于额定转矩的1.5倍下的重载起动。减少对皮带和电网的启动冲击；在轻载或空载运行时自动降低胶带输送机的运行速度，起到节电和减少对胶带及托辊的机械磨损，并可配合胶带张紧装置完成胶带输送机在停电状态下放松皮带，减少皮带的疲劳，增加皮带的使用寿命。速度调节范围0~120%。实现低速验带及检修、高速运行等功能。解决多台电机拖动之间的功率平衡问题。

2.1.1ACS800变频器变频器主要采用交-直-交方式，即先把工频交流电源通过整流装置转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。ACS800是新一代全数字中压交流变频器，能达到控制交流电机的完美极限。其主电路如图1所示。

2.1.2整流电路变频器由多个次级绕组的隔离变压器供电，对于12脉冲方式，隔离变压器有两个次级绕组，一个为Y接法，另一个为Δ接法，两个绕组间相位差为30度；当选用24脉冲整流桥时，隔离变压器需要四个次级绕组，绕组间相位差为15度。标准型ACS800采用12脉冲串联连接的二极管输入整流桥，输入电压和电流的谐波可限制在IEEE519-992和UKG.5/3所要求的范围内，完全满足电磁兼容的要求。

2.1.3正弦滤波器逆变器的输出直接接到一组低通LC滤波器上，以消除逆变器输出的高频电压成分。它大大减少了加到电动机的电压谐波含量。标准的ACS800在其输出部分配有一个有效的低通LC正弦波滤波器。选择的低通频率刚好低于逆变器输出部分所使用的最低开关频率。这就大大提高了施加到电动机上的电压和电流的纯度。

2.1.4IGCT（IntegraedGateCommutatedThyristor）功率半导体器件IGCT是ABB公司在IGBT和GTO成熟技术的基础上，专门为高压大功率变频器而设计的功率开关元件。它在GTO的基础上，进行重新优化设计。从图2的IGCT结构剖面图中可以看到，IGCT具有透明的发射极和极薄的n基区，并且将续流二极管集成在同一结构中。

2.1.5逆变器逆变器采用独特的电路结构来保护，用两只IGCT将输入整流桥与整流母排和逆变器分开，而不需要传统的快速熔断器，这种结构主要是因为IGCT导通损耗小且能快速关断。

2.1.6人机接口及通讯性能ACS800具有多种串行通讯接口，可以与CDP312控制盘和PC机通信，也可以通过匹配不同的区域总线适配器与其它上位控制系统通信，以此完成操作、调试、诊断和控制的目的。ACS800变频器具有广泛的通讯能力，通过选择不同的区域总线适配器，变频器可以与许多厂家的上位系统或PLC通讯。

2.1.7参数和应用宏ACS800的设置和调整由改变参数值来实现。各参数很方便地安排进入相关组别。所有参数形成超过20个逻辑相关组。用户首先调用所需改变的常用组，然后选择特定的参数加以修改。参数值的输入和显示以它们相应的工程单位（电压、安装、转速等）或百分比值。这样用户对所做的调整总有直接的感觉。ACS800可用于许多不同的应用场合。为了速度设置，它包含了多种预编程应用宏。用户可选择取接近现有应用要求的宏。应用宏然后自动考虑输入，输出组态和信号处理参数的设置。如果设置结果不是完全满足应用的要求，用户可以手动设置各个单独的参数。

2.1.8变频器对电机及电路的保护、故障和报警功能ACS800变频器可与任何标准鼠笼感应电动机配合使用，提供许多保护、故障和报警功能，包括：电机温度监测、电机失速、低电压、电池状态监测、电机缺相、过压、逆变器短路、通讯故障、欠载、过载、整流桥短路、充电故障、电源断电、过流、测量丢失。2.2实施方案主要工艺如下：

2.2.1变频驱动器将1140V工频电源转换为频率可调的变频电源，供200KW胶带驱动电机用。

2.2.2TK200输出变频驱动器启停和调速的开关量控制信号，控制变频驱动器的启动和加减速。

2.2.3变频器内置控制器，可采集胶带张力、皮带机保护器故障信号等运行情况，根据设定参数，对胶带运行进行实时保护。

2.2.4在机尾设置机尾加减速按钮，操作人员可根据实际情况在机尾处调整胶带运行速度，给生产提供了便利。

2.2.5通过自带水泵抽取冷却水对变频器散热板进行循环水冷。

工艺原理如图3所示。

3改造后效果分析

改造后，胶带变频拖动比直接启动方式有以下优点：

3.1启动电流小，减轻了大功率电机启动时对电网的冲击，同时也减小了对同电网中其他设备的影响；

3.2起动、停止时间可调，也就是说起动时的加速度和停车时的减速度可调，使启动和停车过程平稳，减轻了对机械传动装置的冲击。

3.3优越的重载启动性能，由于变频器采用无速度传感器矢量控制方式，低频运转可输出1.5倍额定转矩，胶带机重载起动性能平稳。

3.4大大降低了能耗。①改造后可以根据胶带机的负荷改变电源频率来调节胶带机的运行速度，提高有功功率，功率因数达0.9以上；②提高系统传动效率，系统总的传动效率比液力耦合器驱动的效率高5%～10%。

3.5由于启动、停止过程平稳，至少可降低30%的胶带张力。延长了胶带使用寿命，降低了胶带强度等级。