变频调速技术在煤矿带式输送机中的应用及分析

117变频调速技术在煤矿带式输送机中的应用及分析

杨晋华

（山西焦煤霍州煤电集团汾河焦煤公司回坡底煤矿，山西 临汾 041600）

摘 要

本文主要对变频调速的原理进行了阐述，然后分析了现场应用的变频调速系统的性能参数，与此同时研究了其

控制方式、应用效果。关键词

变频调速技术 带式输送机 性能 应用 分析

B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2017.12.051中图分类号 TD63+4.1；TM921.51 文献标识码

The Application and Analysis of Variable Frequency Speed Control Technology

in Coal Mine Belt Conveyor

Yang Jin-hua

(Huipodi Coal Mine, Fenhe Cokiing Coal Company, Huozhou Coal Power Group, Shanxi Linfen 041600)

Abstract: This article mainly expounds the principle of frequency control of motor speed, analyzes the application of the performance parameters of variable frequency speed regulation system, and meanwhile studies the control mode, application effect .

Key Words:.frequency speed control technology belt conveyor performance application analysis

回坡底煤矿井下东区主带式输送机通过四台异步电动机（200kW/660V）并联拖动，这四台异步电动机按照额定转速工作，通过减速机驱动滚筒和液力耦合器，采用三相交流真空接触器的方式进行控制。由于电机直接启动冲击电流大的缘故，也有运转频繁启动的缘故，很容易造成接触器严重损坏，电机也常被烧坏，另外，由于是直接启动，对输送机启动也产生很大影响，比如启动加速度大，不但会冲击减速齿轮和硫化接头，而且也会冲击轴承，令故障率大大上升。基于上述情况，采用变频调速拖动系统代替之前的控制系统，可以很好地优化其启动条件，把输送机的启动变为软启动，也就是启动加速度在一定时间内稳步启动，然后逐步趋向于额定的运行速度，进而实现对其启动张力以及启动电流的控制。

式中：

n-每分钟的转速；n0-同步转速；f-交流电频率；p-磁极对数；s-转差率。

在P和s不变的情况下，要想实现同步转速（即n0）的改变，需要对交流电频率（即f）进行改变。受到磁通和转子里的电流的作用影响，电动机的转矩产生，在电压一定时，电机主磁通会因为频率发生改变，然后自身也发生变化。主磁通和电动机的输出转矩成正比关系，一旦主磁通减少，相对应的电动机输出转矩也减小，但是需要指出的是，主磁通如果一味增加，那么磁路则饱和，会促使励磁电流发生畸变的可能性大大增加。

为了确保主磁通始终一定，应该好好利用一下电机的额定功率，尽量避免磁通欠励磁以及磁通饱和的情况出现，低频时输出最大转矩，提升负载能力，同时进行变压和变频。达到频率和电压统一，确保电机始终保持一定的最大转矩，以及频率之前和之后的过载能力不变，保证电机在速度发生变化时，也能确保转矩输出一定，也就是频率虽然变，但是输出转矩一定，这样就能够完成转矩调速恒定

1 变频调速性能分析

三相交流异步电动机转速遵循以下公式：n=60f(1-s)/p =n0(1-s)

2017-08-14收稿日期

作者简介 杨晋华（1986-），汉族，山西霍州人，毕业于太原理工大学，本科，助理工程师，供职于山西焦煤霍州煤电集团汾河焦煤公司回坡底煤矿。

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的作用，满足带式输送机运行要求。具体情况如图1所示。

图 1 u / f 恒定时, 变频调速机械特性图

对比之前的液力耦合器调速、变极调速以及定子调压调速，得出变频调速的优势如下：调速范围大、效率高、保护功能完善、多电机功率平衡调整、方便自动控制及过程控制等多项功能。

2 变频调速体系应用分析

回坡底煤矿选用的变频器控制系统型号为BPJ1-250/660。该变频器通过32位微处理器来控制，采用的功率输出器件为绝缘栅双极晶体管，其符合当前先进水平，脉冲宽度调制开关具有频率高的特点，而且磁通电流控制功能很好地优化了动态响应，改善了电机性能，多台变频器的联动方式是主从联动。在数据交换的时候由变频器通过RS485口来完成，主从机是双向通讯。具体见图2。

图 2 变频调速拖动系统配置图2.1 变频器性能参数概述

（1）额定电压的输入：AC660V，50Hz，电压上下波动维持在不得低于15%，不得高于10%。

（2）直流线电压：（870）910V。（3）输出频率：（0~120Hz u/f=Const）。（4）启动频率：0.5~50Hz之间，频率分辨率为0.01Hz。

（5）工作温度保持在0~40℃之间。（6）冷却方式：热管冷却。（7）功率因素cosφ>0.9。

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（8）效率η>0.9。

2.2 变频器主电路

变频器的主要电路分成四部分，分别为输入、整流、逆变以及滤波，三相交流电要想变为直流，必须通过滤波和整流的方式，然后直流通过逆变，成为可调节电压和频率的三相交流电，在直流环节需要注意的是要把电容并联，考虑到电容比较大的缘故，主电路直流电压稳定且内阻相对较小，拥有电压源的特征，可以看做电压型变频器，由于在调速系统里电机是感性负载的原因，电容还可以被用作储存能量的部件。逆变部分桥臂通过IGBT（也

就是绝缘栅双极晶体管）和二极管构成，后者主要充当提供通道的作用，主要是为负载的滞后电流提供。另外，为了把谐波的影响降到最小，同时也为了使电机性能得到提高，电机供电采用的是三相交流电动机，其电源为三相正弦波电源，而且对称，逆变器采用正弦波脉宽调制的方式进行控制，而不可控二极管整流器件为整流部分直接采用，这会极大改善电网侧功率的因数和波形。具体原理如图3所示。

图 3 主电路原理图

2.3 变频器主从机控制

四台变频器能够在数据上完成自动交换，之间可以互相通讯，但是要通过RS485+转换模块来进行。使用的时候，每一台变频器都可以设为主机，即是首机，其他变频器都是从机，控制时只控制主机即可，其他从机会跟随主机进行动态运行。主从机在加速和减速时间上设定时，一般设为一样，从

机也能单独点动运行，但前提是要在机群都停机后，或者是电机维护的时候。主从机通过液晶屏设定功率平衡系数来实现功率平衡调试，范围在0～200%都可以调。启动和运行时主机和从机的数据要相互交互，如果它们之间的不平衡度超标，那么主机和从机之间将会调整运行参数，使主从机功率保持平衡，具体见图4。

2.4 变频器运行以及操作故障的维修分析

变频器操作可以通过本机控制的方式来完成，不仅如此，也可以采用远程控制的方式进行。前者通过系统内液晶屏来完成参数的设定，操作运行和

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119头的动张力，令其寿限延长，而且对减速机齿轮和轴承都降低了冲击。

（2）具有良好的电气保护功能，主回路实现无触点化，运行起来比较可靠。变频装置具有很多的保护功能，比如过载桥臂保护、过电流保护、过电压保护等，而且除去了接触器等常规控制中的器件，电机几乎没有烧损出现，使带式输送机运行更可靠。

（3）有效达到节能目标。在此之前，空载工作状态下电流是65A，重载工作状态下电流是160~166A，使用变频调速后，情况发生改变，空

图4 主从控制原理图

停止均在液晶屏上完成。后者是由操作台控制，不但能够选取高速和低速，而且可以依据工况设定运行频率。

载工作状态下电流是48A，重载工作状态下电流是130~140A，这样一来，每年可以节约电费约26万元，节能效果显著。

（4）经过一定的改造之后，输送机几乎没再发生故障，由于变频调速的特性原因，启动和加速能够使转矩充足，使重载启动变得简单，极大地降低了人工劳动强度。

一旦变频器有故障发生，机群通过自由停机的形式统一都停机，只有故障排除并且复位，同时没有再显示故障时才可以重启。维修变频器重点是发现故障发生原因，以及初始故障点，维修前，要足够了解变频器的工作原理、器件构成以及功能和结构等，对值班时候发生的运行和故障记录进行仔细查看，同时对故障信息要认真查询、阅读，如果变频器故障，液晶屏会显示相应代码F1、F2、F3等，对照英文说明进行检测和分析。

4 结语

相比现在，之前带式输送机的控制方式已不合时宜，改造后的变频调速技术使其启动平稳，同时电机启动电流在额定电流的1.5倍之内，不但延长了电机、胶带接头、减速机的使用寿命，而且实现了节能目标。

【参考书目】

3 变频调速系统运行和效益概述

回坡底煤矿在2015年9月10日开始对变频调速系统进行调试，且运行成功，同时投入使用。根据运行情况分析，相对于传统的控制系统，变频调速系统优势比较明显。

（1）重载时具有比较稳的启动，未发生冲击，具有良好的同步性，能够实现自动功率的平衡。依照主从控制，完成四机同启，能够切实保证重载重新启动的时候，系统能够有最大转矩的输出。软启动造成的冲击可以不计，这就降低了输送带硫化接

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（上接第116页）磨损。

生产及经济效益。

【参考书目】

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5 结束语

阳煤集团奥伦胶带分公司通过对输送带磨损形式及危害进行阐述，确定了输送带磨损主要与输送机安装质量、输送带接头质量、托辊安装质量等因素有关，提出了若干条减少输送带磨损、提高输送带使用寿命的对策措施，从而进一步提高煤矿安全