摘 要：本文論述了合康HIVERT高壓變頻器在煤礦行業(yè)上的改造與應(yīng)用。煤礦的運(yùn)輸設(shè)備主要包括提升機(jī)、皮帶機(jī)和鋼纜機(jī)，露天開采的鐵路機(jī)車，大型煤礦的直接汽車運(yùn)輸，但是皮帶機(jī)和鋼纜機(jī)仍然是大型煤礦的主要運(yùn)輸設(shè)備。

關(guān)鍵詞：恒壓控制 高壓變頻器，礦井提升機(jī)，皮帶機(jī)，主通風(fēng)機(jī)

前言

      我國(guó)煤礦開采僅在2009年即耗能5086.81×10 t標(biāo)準(zhǔn)煤,耗電376.04×108kW·h,分別占全國(guó)總耗能量和總耗電量的3.86%和3.49%。所以，煤炭工業(yè)既是產(chǎn)能大戶,又是耗能大戶，同時(shí)也是節(jié)能潛力大戶。目前我國(guó)煤礦行業(yè)存在電機(jī)啟動(dòng)困難、機(jī)械損傷嚴(yán)重以及自動(dòng)化程度低等問(wèn)題迫切需要利用變頻技術(shù)進(jìn)行節(jié)能降耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，按節(jié)電率30%計(jì)，采用變頻調(diào)速技術(shù)年節(jié)電潛力至少為10×108～15×108kW·h。所以，利用變頻技術(shù)對(duì)現(xiàn)有電機(jī)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造，是解決我國(guó)煤炭工業(yè)高消耗、低效益的措施。

高壓變頻大環(huán)境

      合康變頻器具有瞬時(shí)停電跟蹤功能，實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速范圍驅(qū)動(dòng)。同時(shí)具有低速輸出轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，保護(hù)功能齊全，可靠性高，故障率低，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。由于采用了高壓變頻控制技術(shù)，整個(gè)運(yùn)行過(guò)程平穩(wěn)，無(wú)級(jí)調(diào)速，乘坐舒適，減少了機(jī)械的沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，產(chǎn)生了非?？捎^的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

      使用安川變頻器可以使礦井提升電機(jī)獲得優(yōu)越的控制及制動(dòng)性能，可以使提升機(jī)工作在平穩(wěn)、安全、可靠的運(yùn)行狀態(tài)，避免嚴(yán)重的機(jī)械磨損，防止較大的電流及機(jī)械的沖擊，減少機(jī)械部分的維修工作量，延長(zhǎng)提升機(jī)械的使用壽命，提高工作效率及整個(gè)系統(tǒng)的安全性，同時(shí)還具備維護(hù)操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

一、同步電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的難點(diǎn)分析

（1）同步電機(jī)的啟動(dòng)投勵(lì)過(guò)程 

      通常同步電機(jī)啟動(dòng)有兩種方式：一種先投勵(lì)，同步啟動(dòng)；一種異步啟動(dòng)，后順極性投勵(lì)。對(duì)于同步電機(jī)變頻啟動(dòng)均采用先投勵(lì)，同步啟動(dòng)，但常會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置判斷不正確導(dǎo)致電機(jī)啟動(dòng)失敗。針對(duì)同步電機(jī)變頻調(diào)速改造，很容易采用異步啟動(dòng)，順極性投勵(lì)方式，所以maxf變頻裝置對(duì)同步電機(jī)進(jìn)行異步軟啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)額定啟動(dòng)力矩，將同步電機(jī)啟動(dòng)到8hz左右進(jìn)行順極性投勵(lì)，具體所投勵(lì)磁大小及投勵(lì)時(shí)頻率可以根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合調(diào)試確定。至此，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)間夾角經(jīng)過(guò)小量有阻尼震蕩后，電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極被定子磁極可靠吸引，同步電機(jī)進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)。變頻器按照預(yù)先設(shè)定的加速度，逐漸加速到給定頻率。此時(shí)，同步電機(jī)電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角逐漸拉大到某一常值，電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極在定子磁場(chǎng)的吸引下逐漸加速至期望轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)起動(dòng)過(guò)程完成。

      同步電機(jī)與普通異步電機(jī)運(yùn)行上主要的區(qū)別是同步電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內(nèi)，否則將導(dǎo)致系統(tǒng)失步。因此同步電機(jī)變頻調(diào)速時(shí)必須時(shí)刻控制這一夾角在允許的范圍內(nèi)變動(dòng)，這一點(diǎn)就是同步電機(jī)變頻和異步電機(jī)變頻的主要區(qū)別。以下將簡(jiǎn)要介紹同步電機(jī)變頻調(diào)速過(guò)程遇到的難點(diǎn)及maxf變頻裝置相應(yīng)解決措施：

       針對(duì)要求重載啟動(dòng)的工況，為了啟動(dòng)力矩更大，可以適當(dāng)提高變頻裝置輸出電壓和同步電機(jī)的勵(lì)磁電流。

（2）同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)調(diào)速和勵(lì)磁調(diào)節(jié)過(guò)程

       變頻器驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)調(diào)速時(shí)，為了解決變頻裝置和同步電機(jī)間的配合，電機(jī)速度改變同時(shí)變頻裝置也會(huì)協(xié)同調(diào)節(jié)當(dāng)前勵(lì)磁電流大小和改變輸出電壓對(duì)應(yīng)值（不是簡(jiǎn)單的恒v/f控制）。在某一設(shè)定頻率點(diǎn)以上范圍運(yùn)行，變頻器采集同步電機(jī)功率因素，通過(guò)內(nèi)置pid控制器實(shí)時(shí)控制同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)，功率因數(shù)0.90(超前)，變頻器通過(guò)發(fā)4～20ma指令給同步電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流；在此頻率以下范圍運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流由變頻器根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行工況，輸出4～20ma信號(hào)給勵(lì)磁調(diào)節(jié)器去調(diào)節(jié)，采用變頻變勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方式切換由變頻器自動(dòng)完成，而且調(diào)節(jié)方式的切換點(diǎn)頻率可以通過(guò)參數(shù)設(shè)置。加裝變頻器后，同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功電流僅在同步電機(jī)和變頻器間流動(dòng)，不進(jìn)入電網(wǎng)，因而變頻調(diào)速時(shí)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)無(wú)需關(guān)心同步電機(jī)的無(wú)功電流。

（3）同步電機(jī)正常停機(jī)和故障滅磁過(guò)程

      在正常停機(jī)時(shí)，變頻器驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速至停機(jī)，然后停止變頻器輸出即可。減速過(guò)程中，在恒功率因素頻率點(diǎn)以上運(yùn)行，勵(lì)磁電流根據(jù)恒功率因素來(lái)調(diào)節(jié)，在頻率點(diǎn)以下范圍運(yùn)行，采用變頻變勵(lì)磁電流方式運(yùn)行。此過(guò)程不需要進(jìn)行滅磁。

      在運(yùn)行期間出現(xiàn)故障，若變頻器外系統(tǒng)出問(wèn)題，需要緊急停機(jī)，可以直接跳開高壓側(cè)輸入開關(guān)qf和變頻器輸出開關(guān)km2，同時(shí)跳同步電機(jī)勵(lì)磁裝置。若變頻器系統(tǒng)出問(wèn)題要緊急停機(jī)時(shí)，變頻器立刻停止輸出，通知同步電機(jī)勵(lì)磁裝置進(jìn)行可控硅逆變滅磁，再通過(guò)故障信號(hào)跳開高壓側(cè)輸入開關(guān)和變頻器輸出開關(guān)km2。

（4）同步電機(jī)調(diào)速時(shí)阻尼繞組

      由于在同步電機(jī)的升、降速過(guò)程中，瞬間會(huì)出現(xiàn)電源同步轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速不一致的情況，這樣就會(huì)在同步電機(jī)的阻尼繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，形成電流，所以在變頻改造前，要檢查阻尼繞組內(nèi)螺釘連接是否牢固，最好將其焊接好，減少繞組內(nèi)阻。這樣即使調(diào)速過(guò)程中出現(xiàn)較大感應(yīng)電流也不會(huì)發(fā)熱很大，以致?lián)p壞電機(jī)阻尼繞組。

       maxf系列同步機(jī)變頻裝置運(yùn)行時(shí)將全權(quán)接管同步機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)，包括投勵(lì)、改變勵(lì)磁大小和退勵(lì)。原有的勵(lì)磁裝置只是作為一個(gè)執(zhí)行器，具體勵(lì)磁大小由maxf變頻裝置通過(guò)4-20ma信號(hào)進(jìn)行控制。

二、恒壓控制工作原理及系統(tǒng)方案

工作原理

      控制器給定水泵管網(wǎng)一供水壓力值，變頻器根據(jù)此值輸出一定頻率的交流電源至水泵電機(jī)，拖動(dòng)水泵穩(wěn)定運(yùn)行，并輸出與壓力對(duì)應(yīng)的供水流量，保證水泵管網(wǎng)的壓力與控制器的給定壓力平衡。壓力傳感器時(shí)刻檢測(cè)管網(wǎng)壓力，并反饋至控制器，控制器根據(jù)反饋壓力與給定壓力的差值，控制變頻器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，改變水泵流量，保證供水管網(wǎng)壓力始終穩(wěn)定在給定值附近，實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)。3臺(tái)泵在控制器控制下，均由變頻器實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)。

ZBH變頻恒壓供水的特點(diǎn) 

      1. 節(jié)能，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)電20%-40%，能實(shí)現(xiàn)綠色用電。 

      2. 占地面積小，投入少，效率高。 

      3. 配置靈活，自動(dòng)化程度高，功能齊全，靈活可靠。 

      4. 運(yùn)行合理，由于是軟起和軟停，不但可以消除水錘效應(yīng)， 而且電機(jī)軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費(fèi)用， 并且水泵的壽命大大提高。 

      5. 由于ZBH變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染， 防止了很多傳染疾病的傳染源頭。 

      6. 通過(guò)通信控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，節(jié)約了人力物力。 

節(jié)能原理 

      由水泵的工作原理可知：水泵的流量與水泵（電機(jī)）的轉(zhuǎn)速成正比，水泵的揚(yáng)程與水泵（電機(jī)）的轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵的軸功率等于流量與揚(yáng)程的乘積，故水泵的軸功率與水泵的轉(zhuǎn)速的三次方成正比（既水泵的軸功率與供電頻率的三次方成正比）。根據(jù)上述原理可知改變水泵的轉(zhuǎn)速就可改變水泵的功率。

      變頻控制系統(tǒng)采用閉環(huán)“一拖N”控制方式，其控制核心是進(jìn)口專用泵類變頻器，該產(chǎn)品具有專用集成供水控制基板，其內(nèi)置了PID調(diào)節(jié)器及PLC控制器的功能，設(shè)計(jì)線路相對(duì)簡(jiǎn)單。

      設(shè)備的控制原理如下：通過(guò)遠(yuǎn)傳壓力表，連續(xù)采集管網(wǎng)壓力信號(hào)，傳輸?shù)焦┧刂苹澹摶寰C合給定信號(hào)與反饋信號(hào)后，經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)，向變頻器輸出運(yùn)轉(zhuǎn)頻率指令，從而使反饋壓力值與給定壓力值相等。如果一臺(tái)泵達(dá)到工頻50HZ時(shí)反饋壓力仍然低于給定壓力，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將達(dá)到原工作在變頻狀態(tài)下泵投入到工頻運(yùn)行，同時(shí)將一臺(tái)備用的泵用變頻器起動(dòng)后投入運(yùn)行，以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定。當(dāng)一段時(shí)間后若兩臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)反饋壓力仍然低于給定壓力，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運(yùn)行，而將另一臺(tái)備用泵投入變頻運(yùn)行。

      當(dāng)用水量減少時(shí)，供水管路壓力上升，變頻器自動(dòng)降低頻率控制其中一臺(tái)水泵低速運(yùn)行，當(dāng)達(dá)到頻率下限(一般設(shè)定為20~35Hz)時(shí)，若系統(tǒng)壓力仍高于設(shè)定壓力，電控系統(tǒng)首先將最先投入運(yùn)行的工頻泵停掉，以減少供水量，降低供水壓力。如一段時(shí)間后壓力反饋信號(hào)仍然高于給定壓力，系統(tǒng)再停掉一臺(tái)工頻泵，如此類推，直到最后一臺(tái)泵變頻運(yùn)行，恒壓供水。

      變頻供水設(shè)備能根據(jù)用水量的變化，自動(dòng)確定水泵投入臺(tái)數(shù)及水泵轉(zhuǎn)速，達(dá)到供水壓力恒定和節(jié)能的目的。

      另外可增設(shè)專用的供水控制器代替了變頻器自帶的供水控制基板，具有控制能力強(qiáng)，操作方便靈活，可靠性高的特點(diǎn)。另可根據(jù)用戶要求，設(shè)計(jì)分時(shí)分壓供水。更加適應(yīng)于中大型及特殊復(fù)雜的供水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

      可根據(jù)用戶要求配備小型氣壓罐，在夜間低用水量時(shí)停泵，靠氣壓罐供水，更加節(jié)約能源。

       圖1是設(shè)備改造的系統(tǒng)圖。恒壓控制在控制理論上是一種跟隨控制，供水管網(wǎng)的出水壓力由壓力變送器（西門子）檢測(cè)之后，將其轉(zhuǎn)換為4～20mA電流信號(hào)送入變頻器，變頻器將根據(jù)被控量的實(shí)際值和期望值，按照PID調(diào)節(jié)參數(shù)中設(shè)定的PID參數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，使被控量的實(shí)際值自動(dòng)跟隨期望值。使管網(wǎng)的實(shí)際水壓跟隨設(shè)定水壓變化，并動(dòng)態(tài)維持在設(shè)定水壓上。

       為了保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，圖中的旁路柜，k1～k3采用聯(lián)鎖手動(dòng)隔離開關(guān)，當(dāng)變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障不能繼續(xù)運(yùn)行、兩級(jí)單元旁路后再有單元發(fā)生故障時(shí)，變頻器將立即封鎖輸出，并分?jǐn)嗌霞?jí)開關(guān)柜真空斷路器DL，操作人員對(duì)旁路柜進(jìn)行手動(dòng)切換在工頻狀態(tài)，再合上真空斷路器DL，將電機(jī)投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行。開關(guān)設(shè)備各部分的投入和退出，仍應(yīng)嚴(yán)格按操作說(shuō)明的規(guī)定進(jìn)行，不應(yīng)隨意操作，更不應(yīng)在操作受阻時(shí)，不加分析強(qiáng)行操作，否則，容易造成設(shè)備損壞，甚至引起事故。

圖一，變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三、保護(hù)功能

       HIVERT－Y10/029高壓變頻器在運(yùn)行中具有過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、缺相保護(hù)、半導(dǎo)體器件過(guò)熱保護(hù)和變壓器過(guò)熱保護(hù)的功能。

 

四、變頻器的使用

      在節(jié)能降耗方面，由于該廠原有調(diào)速設(shè)備也是變頻設(shè)備，在節(jié)能方面沒有明顯的效果，在高壓變頻設(shè)備投產(chǎn)前，配水單位電耗平均約4.73 kWh/km3.m，設(shè)備投產(chǎn)后實(shí)際配水單位電耗約4.50 kWh/km3.m，下降0.23 kWh/km3.m，節(jié)能效率4.86％。另外使用了高壓變頻控制，也省了一臺(tái)400kVA變壓器的銅鐵損耗。

      在使用中要注意清洗過(guò)濾網(wǎng)的工作，高壓變頻器柜門外裝有過(guò)濾層，用于阻擋粉塵進(jìn)入單元內(nèi)部。要經(jīng)常用一張A4紙檢查變壓器柜、功率單元柜進(jìn)風(fēng)口風(fēng)量，看紙張是否能被過(guò)濾網(wǎng)牢牢吸住，如吸不住應(yīng)及時(shí)排除（檢查冷卻風(fēng)機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，更換或清洗過(guò)濾網(wǎng)）。應(yīng)定期維護(hù)間隔推薦為每半年一次，如灰塵較多，過(guò)濾網(wǎng)更換周期可縮短到一個(gè)月一次。

五、礦井提升機(jī)的恒壓控制

礦井提升機(jī)

JK系列礦井提升機(jī)

      JK系列礦井提升機(jī)主要用于煤礦、金屬礦和非金屬礦的立井或斜井提升下放人員、物料及設(shè)備。用鋼絲繩帶動(dòng)容器（罐籠或箕斗）在井筒中升降，完成輸送物料和人員的任務(wù)。礦井提升機(jī)提升量大，速度快。該系列提升機(jī)電機(jī)電控可以配制電阻調(diào)速和變頻調(diào)速兩種形式。 

（一）工作原理

      單繩纏繞式礦井提升機(jī)是以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，通過(guò)減速器將動(dòng)力傳給纏繞鋼絲繩的卷筒，實(shí)現(xiàn)容器的提升下放，通過(guò)電氣傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，盤型制動(dòng)器由液壓和電氣控制進(jìn)行制動(dòng)，通過(guò)位置指示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)容器的深度指示，通過(guò)各種傳感器、測(cè)速發(fā)電機(jī)控制元件，組成安全保護(hù)系統(tǒng)。 

機(jī)械部分結(jié)構(gòu)概述

      提升機(jī)機(jī)械部分主要包括主軸裝置、行星減速器、盤形制動(dòng)器、液壓站、潤(rùn)滑站、深度指示器等部件。采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。纏繞式礦井提升機(jī)有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。單筒大多只有一根鋼絲繩，連接一個(gè)容器。雙筒的每個(gè)卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個(gè)容器，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一個(gè)容器上升，另一個(gè)容器下降。雙筒提升機(jī)設(shè)有徑向齒塊式液壓調(diào)繩離合器；傳動(dòng)部分可配置行星減速器或平行軸雙圓弧齒輪減速器。 

      1、主軸裝置 卷筒有剖分式(便于下井)和整體式兩種型式。采用16Mn焊接結(jié)構(gòu)，采用二氧化碳制動(dòng)焊接。卷筒焊接后進(jìn)行整體退火處理以消除內(nèi)應(yīng)力。主軸材質(zhì)為45號(hào)鋼鍛件、正火處理，并進(jìn)行嚴(yán)格理化實(shí)驗(yàn)和探傷檢查。提升機(jī)主軸軸承座用螺栓分別固定在兩個(gè)軸承梁上，軸承選用哈爾濱、洛陽(yáng)、瓦房店國(guó)內(nèi)三大主導(dǎo)廠家雙列向心球面滾子軸承，其產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、維護(hù)方便，傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)。主軸裝置的卷筒配有定車裝置，可在維護(hù)制動(dòng)器時(shí)使用。

      2、盤形制動(dòng)器 制動(dòng)器為油缸后置式的盤形制動(dòng)器，制動(dòng)力由盤形彈簧提供、液壓控制。其結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作靈敏，安全可靠。制動(dòng)器的制動(dòng)力矩三倍最大靜力矩設(shè)計(jì)。 

      3、行星齒輪減速器 兩級(jí)行星傳動(dòng)。該種減速器為硬齒面?zhèn)鲃?dòng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)能力大，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音小，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，并配有潤(rùn)滑站強(qiáng)力潤(rùn)滑。減速器的行星輪、太陽(yáng)輪材質(zhì)為20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火處理和磨齒加工。高、低速軸均經(jīng)過(guò)磨床加工及探傷檢查，經(jīng)淬火調(diào)質(zhì)處理。輸出轉(zhuǎn)架為數(shù)控鏜床鏜孔，提高產(chǎn)件精度。減速機(jī)為坦克齒輪用鋼。

      4、液壓站 采用可調(diào)電氣延時(shí)二級(jí)制動(dòng)液壓站，采用比例閥調(diào)節(jié)壓力，配置兩套電動(dòng)機(jī)、泵及調(diào)壓裝置，一套運(yùn)行，一套備用，以保證提升機(jī)可靠運(yùn)行。液壓元件均采用集成方式布置在油箱面板上面，便于檢修維護(hù)。 

      5、潤(rùn)滑站 潤(rùn)滑站供給行星齒輪減速器潤(rùn)滑油以保證行星減速器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。供油量為63升/分，可保證齒面充分潤(rùn)滑。潤(rùn)滑站設(shè)有冷卻器并配置兩套電動(dòng)機(jī)和齒輪泵，一套運(yùn)行，一套備用。

      6、深度指示器 為牌坊式深度指示器，具有指示提升容器在井筒中的位置，發(fā)送減速和過(guò)卷信號(hào)。 

（二）配套電控

      提升機(jī)電控部分可選配普通電控、PLC電控或變頻電控成套系統(tǒng)。根據(jù)要求提供動(dòng)力制動(dòng)。 

 1、 普通電控

      主要配置：定子屏、轉(zhuǎn)子屏、繼電器屏、動(dòng)力制動(dòng)屏、控制屏、金屬電阻器 

      工作原理：串電阻調(diào)速方法是在繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路內(nèi)接入金屬電阻，用控制器逐步切除電阻的方法進(jìn)行調(diào)速。

      優(yōu) 點(diǎn)：一次性投入成本小，設(shè)備簡(jiǎn)單維修方便。 

      缺 點(diǎn)：設(shè)備運(yùn)營(yíng)后資源浪費(fèi)，調(diào)速性能差。

2、PLC電控 

      主要配置：電源換向柜、操作臺(tái)、動(dòng)力控制柜、轉(zhuǎn)子控制柜、副PLC控制臺(tái)、測(cè)速發(fā)電機(jī)、軸編碼器等。

      工作原理：采用雙PLC控制，滿足《煤礦安全規(guī)程》保護(hù)雙線制要求，除完成絞車手動(dòng)、半自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程的邏輯操作外，還通過(guò)高速計(jì)數(shù)器模塊接收軸編碼器發(fā)出的脈沖信號(hào)，精密計(jì)算并顯示罐籠（或礦車）所處位置及速度，并據(jù)此提供可靠的軟減速點(diǎn)及過(guò)速、軟過(guò)卷保護(hù)。 

      優(yōu) 點(diǎn)：系統(tǒng)安全可靠，設(shè)備體積小，安裝、調(diào)試方便。

3、變頻電控 

      主要配置：操作臺(tái)、電源柜、電阻柜、變頻器柜

      工作原理：變頻調(diào)速方法是異步或同步電動(dòng)機(jī)，利用改變定子頻率的方法從而改變電機(jī)同步轉(zhuǎn)速的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 

      優(yōu) 點(diǎn)：無(wú)極調(diào)速、節(jié)能、電機(jī)性能好、工作穩(wěn)定。

      作為礦井井下和地面的工作機(jī)械，礦井提升機(jī)（mine hoist）是一種大型絞車。用鋼絲繩帶動(dòng)容器（罐籠或箕斗）在煤礦井筒中升降，完成輸送物料和人員的任務(wù)。礦井提升機(jī)是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來(lái)。現(xiàn)代的礦井提升機(jī)提升量大，速度高，已發(fā)展成為電子計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)重型礦山機(jī)械，如圖一是礦井提升機(jī)結(jié)構(gòu)圖，圖二是改造后的礦井提升機(jī)工作原理

 

圖二 礦井提升機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖三  改造后的礦井提升機(jī)工作原理

      未改造的礦井提升機(jī)存在工作可靠性低、故障率高、穩(wěn)定性較差、能源消耗大等弊端。經(jīng)過(guò)高壓變頻器改造后的礦井提升機(jī)的工作步驟如下圖三。

圖三  改造后的礦井提升機(jī)的工作步驟

      對(duì)于改造后的提升機(jī)無(wú)論正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)其工作過(guò)程是相同的，都有起動(dòng)、加速、高速穩(wěn)定運(yùn)行、減速、低速爬行、制動(dòng)停車等六個(gè)階段。每完成一次提升動(dòng)作所用的時(shí)間，與系統(tǒng)的運(yùn)行速度，加速度及斜井的深度有關(guān)。各段加速度的大小，根據(jù)工藝情況確定，運(yùn)行的時(shí)間由操作工人根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的狀況自定。圖中各個(gè)階段的工作情況如下：

      1） 第一階段 t1：串車車廂在井底工作面裝滿煤后，發(fā)一個(gè)聯(lián)絡(luò)信號(hào)給井口提升機(jī)操作工人，操作工人再回復(fù)一個(gè)信號(hào)到井底，然后開機(jī)提升。重車從井底開始上行，空車同時(shí)在井口車場(chǎng)位置開始下行。

      2）  第二階段t2：重車起動(dòng)后，加速到變頻器的頻率為f2速度運(yùn)行，中速運(yùn)行的時(shí)間較短，只是一過(guò)渡段，加速時(shí)間內(nèi)設(shè)備如果沒有問(wèn)題，立即再加速到正常運(yùn)行速度。

      3）  第三階段 t3：重車以變頻器頻率為f2的最大速度穩(wěn)定運(yùn)行，一般這段過(guò)程最長(zhǎng)

      4）  第四階段 t4：操作工人看到重車快到井口時(shí)立即減速，如減速時(shí)間設(shè)置較短時(shí)，變頻器制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻起作用，不致因減速過(guò)快跳閘。

      5）  第五階段 t5：重車減速到低速以變頻器頻率為f1速度低速爬行，便于在規(guī)定的位置停車。

      6）  第六階段 t6：快到停車位置時(shí)，變頻器立即停車，重車減速到零，操作工人發(fā)一個(gè)聯(lián)絡(luò)信號(hào)到井下，整個(gè)提升過(guò)程結(jié)束。

      以上為人工操作程序，也可按PLC自動(dòng)操作程序工作。利用合康HIVERT高壓變頻改造后的提升機(jī)工作可靠性提高了。由于變頻器采用的是進(jìn)口電子器件，壽命長(zhǎng)，且具有完善的保護(hù)功能，用于提升絞車控制時(shí)，其可靠性很高，減少了故障率。通常變頻器都采用磁通矢量控制，使得交流電機(jī)的調(diào)速性能控制精度非常高。穩(wěn)定的變頻技術(shù)應(yīng)用使提升機(jī)基本無(wú)維護(hù)工作量，減低了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。使用矢量控制系統(tǒng)能夠使調(diào)速范圍寬廣，屬于無(wú)級(jí)調(diào)速，低速時(shí)穩(wěn)定性好。采用變頻器控制提升機(jī)后，降低了運(yùn)行噪聲、發(fā)熱量，改善了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，而且使能源消耗大大降低。節(jié)能效果顯著，據(jù)實(shí)測(cè)可達(dá)到30%以上。電控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)變更控制內(nèi)容十分簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試容易。自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單，降低司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度和操作難度。

六、皮帶機(jī)的變頻調(diào)速

      與提升機(jī)的用途基本同理，皮帶機(jī)也是從井下運(yùn)送煤到地面。區(qū)別在于皮帶機(jī)的功率更大，它的啟動(dòng)和運(yùn)行方式為繞線電機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組降壓?jiǎn)?dòng)后工頻運(yùn)行，經(jīng)液力耦合器切換至皮帶機(jī)。圖四是煤層工作原理，圖五是皮帶機(jī)現(xiàn)場(chǎng)示意圖。

      皮帶機(jī)的工作原理是皮帶機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪轂，靠摩擦力牽引皮帶運(yùn)動(dòng)，皮帶通過(guò)張力變形和摩擦力帶動(dòng)物體在支撐輥輪上運(yùn)動(dòng)。皮帶是彈性儲(chǔ)能材料，在皮帶機(jī)停止和運(yùn)行時(shí)都儲(chǔ)存有大量勢(shì)能，這就決定了皮帶機(jī)啟動(dòng)時(shí)應(yīng)該采用軟啟動(dòng)的方式。國(guó)內(nèi)大多數(shù)煤礦采用液力耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)，在啟動(dòng)時(shí)調(diào)整液力耦合器的機(jī)械效率為零，使電機(jī)空載啟動(dòng)。雖然采用了轉(zhuǎn)子串接電阻改善啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和降壓空載啟動(dòng)等方法，但電機(jī)的啟動(dòng)電流仍然很大，不僅會(huì)引起電網(wǎng)電壓的劇烈波動(dòng)，還會(huì)造成電機(jī)內(nèi)部機(jī)械沖擊和發(fā)熱等現(xiàn)象。同時(shí)采用液力耦合器軟起皮帶時(shí)，由于啟動(dòng)時(shí)間短、加載力大容易引起皮帶斷裂和老化，要求皮帶的強(qiáng)度高。加之液力耦合器長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)引起其內(nèi)部油溫升高、金屬部件磨損、泄漏及效率波動(dòng)等情況發(fā)生，不僅會(huì)加大維護(hù)難度和成本、污染了環(huán)境，還會(huì)使多機(jī)驅(qū)動(dòng)同一皮帶時(shí)難以解決功率平均和同步問(wèn)題。

      變頻調(diào)速是近年來(lái)興起的一門新技術(shù)，它是通過(guò)改變電源頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)，因其具有調(diào)速平穩(wěn)、瞬態(tài)穩(wěn)定性高、節(jié)能等特性越來(lái)越被人們所重視。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷成熟，變頻調(diào)速裝置在皮帶運(yùn)輸設(shè)備上的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。我公司生產(chǎn)的MD系列皮帶運(yùn)輸變頻調(diào)速控制設(shè)備具有以下特點(diǎn)：
      ■真正實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的軟起動(dòng)。運(yùn)用變頻器的軟起動(dòng)功能，將電機(jī)的軟起動(dòng)和皮帶機(jī)的軟起動(dòng)合二為一，通過(guò)電機(jī)的慢速起動(dòng)，帶動(dòng)皮帶機(jī)緩慢起動(dòng)，將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢開釋，使皮帶機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中形成的張力波極小，幾乎對(duì)皮帶不造成損害。
      ■實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡。應(yīng)用變頻器對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，一般采用一拖一控制，當(dāng)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，采用主從控制，實(shí)現(xiàn)功率平衡。在山西某煤礦主井皮帶為3×135KW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用主從控制后，輕載時(shí)主從電機(jī)電流相差5A左右，滿載時(shí)相差2A左右?；緦?shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡。
      ■降低皮帶帶強(qiáng)。采用變頻器驅(qū)動(dòng)之后，由于變頻器的起動(dòng)時(shí)間在1S～6500S可調(diào)，通常皮帶機(jī)起動(dòng)時(shí)間在60S～200S內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定，皮帶機(jī)的起動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，大大降低對(duì)皮帶帶強(qiáng)的要求，降低設(shè)備初期投資。
      ■降低設(shè)備的維護(hù)量。變頻器是一種電子器件的集成，它將機(jī)械的壽命轉(zhuǎn)化為電子的壽命，壽命很長(zhǎng)，大大降低設(shè)備維護(hù)量。同時(shí)，利用變頻器的軟起動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng)，起動(dòng)過(guò)程中對(duì)機(jī)械基本無(wú)沖擊，也大大減少了皮帶機(jī)系統(tǒng)機(jī)械部份的檢驗(yàn)量。如四川某煤礦主井皮帶采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，僅皮帶扣一項(xiàng)年節(jié)約用度就達(dá)一萬(wàn)多元。
      ■啟動(dòng)平滑，轉(zhuǎn)矩大，沒有沖擊電流，可實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)。
      ■節(jié)能。在皮帶機(jī)上采用變頻驅(qū)動(dòng)后的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)效率兩個(gè)方面。
a、 進(jìn)步系統(tǒng)功率因數(shù)
      通常情況下，煤礦用電機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中放的裕量比較大，工作時(shí)盡大部分不能滿載運(yùn)行，電機(jī)工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載經(jīng)常很小，也有部分時(shí)間空載運(yùn)行。由電機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行特性知道，電機(jī)只有在接近滿載時(shí)才是效率最高、功率因數(shù)最佳，輕載時(shí)降低，造成不必要的電能損失。這是由于當(dāng)輕載時(shí)，定子電流有功分量很小，主要是勵(lì)磁的無(wú)功分量，因此功率因數(shù)很低。采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，在整個(gè)過(guò)程中功率因數(shù)達(dá)0.9以上，大大節(jié)省了無(wú)功功率。

b、 進(jìn)步系統(tǒng)效率
　　采用變頻器驅(qū)動(dòng)之后，電機(jī)與減速器之間是直接硬聯(lián)接，中間減少了液力耦合器這個(gè)環(huán)節(jié)。而液力耦合器本身的傳遞效率是不高的，且主要是通過(guò)液體來(lái)傳動(dòng)，液體的傳動(dòng)效率比直接硬聯(lián)接的傳動(dòng)效率要低很多，因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力耦合器驅(qū)動(dòng)的效率要高5%～10%。
　　另外，礦井通常離變電站間隔較遠(yuǎn)，不同時(shí)段電壓波動(dòng)較大，利用變頻器的自動(dòng)穩(wěn)壓功能，也有部份節(jié)能作用。

      煤礦中的主井風(fēng)機(jī)、皮帶機(jī)、掘煤機(jī)（防暴）等等領(lǐng)域，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)與社會(huì)效應(yīng)。目前，我公司能生產(chǎn)中壓變頻器產(chǎn)品的功率范圍為22KW~800KW，幾乎含蓋所有工礦企業(yè)的應(yīng)用需求。

1、INVT中壓變頻器

INVT中壓變頻器的基本構(gòu)成

主要器件及技術(shù)說(shuō)明：

      1、使用4400V反向電壓整流橋；

      2、使用直流電抗器，降低了輸入電流諧波,提高變頻器輸入端的功率因素；

      3、逆變模塊使用3300V高壓IGBT,沒有IGBT的串聯(lián),功率器件數(shù)量減少，提高了系統(tǒng)的可靠性，新一代模塊損耗低，提高了整機(jī)效率；

      4、驅(qū)動(dòng)電路使用光纖隔離傳輸可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離驅(qū)動(dòng)，提高高壓電路的抗干擾性能；

      5、±15%電壓波動(dòng)設(shè)計(jì)，能承受瞬間250%沖擊電流，低頻轉(zhuǎn)距大,適應(yīng)中國(guó)電網(wǎng)和工況；

      6、電流沖擊抑制能力強(qiáng)，負(fù)載大范圍波動(dòng)時(shí)，能安全穩(wěn)定運(yùn)行；

      8、采用了先進(jìn)的SVPWM非正弦脈寬調(diào)制技術(shù)，在正弦波中注入零序信號(hào)。電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)( SVPWM) 即是在正弦波中注入適當(dāng)?shù)娜沃C波的非正弦調(diào)制技術(shù)，它的線性調(diào)制度較SPWM高15％，而且輸出諧波小。減少了開關(guān)頻率，降低了開關(guān)損耗，提高了系統(tǒng)的可靠性及壽命；

      9、能抑制電機(jī)的瞬態(tài)過(guò)電流，瞬態(tài)沖擊電流可達(dá)到250％，保證了在重負(fù)載下不跳脫，不影響生產(chǎn)效率；

     10、完善的保護(hù)：過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載、欠壓、欠載、缺相、短路、過(guò)熱等；

2、防爆變頻器技術(shù)

      深圳市英威騰電氣有限公司和其他防爆設(shè)備公司合作開發(fā)的防爆兼本安變頻器通過(guò)高效能熱管或其他高效能散熱技術(shù)，其極低熱阻的高效散熱性能，使高壓IGBT的散熱得到解決，設(shè)計(jì)最大變頻器功率可達(dá)到800KW/1140V。針對(duì)煤礦井下的特殊環(huán)境，防爆變頻器除了在箱體結(jié)構(gòu)方面采取了相應(yīng)的防潮、防滴水措施外，在主回路方面盡量加大爬電距離與電氣間隙，在控制回路方面，所有的控制板均采取了特殊防潮措施。防爆變頻調(diào)速裝置采用英威騰CHV系列無(wú)速度傳感器的矢量控制方式。無(wú)速度傳感器的矢量控制的基本控制思想是根據(jù)輸入的電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，按照一定的關(guān)系分別對(duì)作為基本控制量的勵(lì)磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)定子繞組電壓的頻率使勵(lì)磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)距電流的指令值、檢測(cè)值達(dá)到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)矢量控制。采用無(wú)速度傳感器矢量控制方式的變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹配，而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，以保證在低頻（0.5Hz）運(yùn)行時(shí)額定轉(zhuǎn)矩的輸出可達(dá)到1.5倍。

█ INVT中壓變頻器的應(yīng)用

一、在礦用防爆皮帶運(yùn)輸機(jī)上的應(yīng)用

      皮帶機(jī)是現(xiàn)代化煤礦高產(chǎn)高效的主要運(yùn)輸設(shè)備，皮帶機(jī)的拖動(dòng)技術(shù)形式多樣，直接啟動(dòng)、調(diào)速型液力偶合器、軟啟動(dòng)、交流變頻拖動(dòng)等多種形式。皮帶機(jī)示意圖如下：

圖五 皮帶機(jī)示意圖

煤礦井下皮帶機(jī)目前對(duì)拖動(dòng)技術(shù)的要求越來(lái)越高，基本要求是：

      (1)控制簡(jiǎn)單，啟動(dòng)特性好，調(diào)速性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)距大；

      (2)節(jié)能；

      (3)工作可靠，維護(hù)量?。?/p>

      (4)價(jià)格適中。

      采用無(wú)速度傳感器矢量控制（SVC）的防爆變頻器能夠滿足用戶要求，將是井下皮帶機(jī)拖動(dòng)的發(fā)展方向。

1、技術(shù)比較

    （1）直接起動(dòng)，轉(zhuǎn)矩大，但力的傳導(dǎo)不均，尾部反應(yīng)慢，在皮帶底部有堆積現(xiàn)象。

    （2）偶合器起動(dòng)，皮帶機(jī)慢慢起動(dòng)，當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)矩時(shí)皮帶開始運(yùn)轉(zhuǎn)，而且起動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，造成安全隱患。

    （3）采用防爆軟起動(dòng)，皮帶機(jī)空載時(shí)起動(dòng)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)矩降低，減少?zèng)_擊，延長(zhǎng)電機(jī)、膠帶機(jī)、機(jī)械系統(tǒng)的使用壽命，但重載時(shí)需突跳，對(duì)膠帶機(jī)沖擊較大。

    （4）采用防爆變頻器時(shí)，調(diào)速范圍廣，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，可以在重載下緩慢起動(dòng)，起動(dòng)安全可靠，對(duì)于多電機(jī)拖動(dòng)同步性能好，在匹配煤流傳感器后，可自動(dòng)依據(jù)煤流大小自動(dòng)調(diào)速，一般可節(jié)約電能，并且電機(jī)功率因數(shù)有明顯提高。

2、綜合成本的比較

   （1）電動(dòng)機(jī)+減速器直接起動(dòng)初期投入費(fèi)用不高，但維護(hù)費(fèi)用大。

   （2）電動(dòng)機(jī)+液力偶合器+減速器，初期投入不太高，維護(hù)費(fèi)用較大。另外因設(shè)備處于回風(fēng)巷內(nèi)道，液力偶合器維護(hù)不好常常漏油，有很大的安全隱患。

   （3）軟起動(dòng)電動(dòng)機(jī)+減速器，初期投入費(fèi)用居中，維護(hù)費(fèi)用相比前兩種要少，能滿足使用要求。

   （4）變頻器+電動(dòng)機(jī)+減速器，初期投入費(fèi)用較高，維護(hù)費(fèi)用最低，可調(diào)整運(yùn)行速度，僅從帶電一項(xiàng)上就可逐步收回成本。

     綜上所述，應(yīng)用變頻器是最好的一種方式。

3、變頻器在皮帶機(jī)拖動(dòng)上的應(yīng)用特點(diǎn)

    （1）優(yōu)越的軟起動(dòng)、軟停止特性。防爆變頻器的起動(dòng)、停止時(shí)間是任意可調(diào)（0-10min）的，也就是說(shuō)起動(dòng)時(shí)的加速度和停車時(shí)的減速度任意可調(diào)，同時(shí)為了平穩(wěn)起動(dòng)，還可匹配其具備的S型加減速時(shí)間，這樣可將皮帶機(jī)起停時(shí)產(chǎn)生的沖擊減少至最小，這是其它驅(qū)動(dòng)設(shè)備難以達(dá)到的。

    （2）驗(yàn)帶功能。煤礦的生產(chǎn)運(yùn)輸系統(tǒng)多以皮帶機(jī)為主，運(yùn)輸系統(tǒng)檢修維護(hù)的主要工作是皮帶機(jī)的檢修維護(hù)，低速驗(yàn)帶功能是皮帶機(jī)檢修的主要要求，變頻調(diào)整系統(tǒng)為無(wú)極調(diào)速的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，在空載驗(yàn)帶狀態(tài)下，變頻器可調(diào)整電機(jī)工作在5%-100%額定帶速范圍內(nèi)的任意帶速。

    （3）平穩(wěn)的重載起動(dòng)。皮帶機(jī)在運(yùn)煤過(guò)程中任意一刻都可能立即停車再重新起動(dòng)，必須考慮“重載起動(dòng)”能力。由于變頻器采用無(wú)速度傳感器矢量控制方式，低頻運(yùn)轉(zhuǎn)最大可輸出1.5倍額定轉(zhuǎn)矩，因此最適于“重載起動(dòng)”。

    （4） 功率平衡。煤礦井下皮帶機(jī)系統(tǒng)多為雙滾筒驅(qū)動(dòng)或多滾筒驅(qū)動(dòng)，為了保證系統(tǒng)內(nèi)的同步性能，首先，要求位于機(jī)頭的各滾筒應(yīng)同步啟停，在某一電機(jī)故障時(shí)能使系統(tǒng)停機(jī)，同時(shí)為了保證系統(tǒng)的運(yùn)輸能力，應(yīng)盡量保證各滾筒之間的功率平衡。通過(guò)調(diào)整相應(yīng)兩變頻器的速度給定來(lái)調(diào)整兩電機(jī)之間的速度差，便可以任意增大或減小兩驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流差值的大小，因此可以通過(guò)單獨(dú)的控制系統(tǒng)控制各電機(jī)的電流值，通過(guò)調(diào)整各電機(jī)的速度來(lái)使各電機(jī)電流值逐步趨于平衡。英威騰CH系列特有下垂功能，可動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的功率平衡。

    （5）自動(dòng)調(diào)速、節(jié)電效果明顯。對(duì)應(yīng)于煤礦的特殊生產(chǎn)條件，有時(shí)，煤的產(chǎn)量是極不均勻的，當(dāng)然皮帶機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)煤量也是不均勻的，在負(fù)載輕或無(wú)負(fù)載時(shí)，皮帶機(jī)系統(tǒng)的高速運(yùn)行對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的磨損浪費(fèi)較為嚴(yán)重，同時(shí)電能消耗也較低速運(yùn)行大的多，但因生產(chǎn)的需要皮帶機(jī)系統(tǒng)又不能隨時(shí)停車，采用單獨(dú)的控制系統(tǒng)對(duì)前級(jí)運(yùn)輸系統(tǒng)的載荷、本機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的載荷進(jìn)行分別測(cè)量，這樣可控制變頻器降速或提前升速。對(duì)于載荷不均的皮帶機(jī)系統(tǒng)，可大大節(jié)約電能。

   （6）降低膠帶張力。由于采用防爆變頻器所產(chǎn)生的良好起動(dòng)特性，至少可降低起動(dòng)張力30%，如在初期設(shè)計(jì)選擇膠帶強(qiáng)度時(shí)可降低一個(gè)標(biāo)號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于降低了起動(dòng)沖擊，皮帶機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)備損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長(zhǎng)。

   （7）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，采用防爆變頻器將大大提高皮帶機(jī)的可靠性，降低機(jī)械系統(tǒng)損耗，減少運(yùn)輸系統(tǒng)的維護(hù)量，且節(jié)能明顯。隔爆變頻器以其特有的軟啟動(dòng)特性，較高的性價(jià)比，將成為井下皮帶機(jī)拖動(dòng)的發(fā)展方向。

4、皮帶機(jī)同步功率平衡的應(yīng)用方案

針對(duì)煤礦防爆裝置對(duì)兩臺(tái)變頻器的同步性要求精度高，設(shè)計(jì)方案如下：

方案一：簡(jiǎn)易控制

圖六 模擬信號(hào)速度同步控制示意圖

      如圖3，通過(guò)模擬量信號(hào)給定同步速度，穩(wěn)態(tài)時(shí)使用速度下垂控制，并且兩臺(tái)變頻器共直流母線，達(dá)到能量的均衡，使系統(tǒng)更節(jié)能。特別需要說(shuō)明，下垂控制功能專用于多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同一負(fù)載的工況。多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同一負(fù)載時(shí)，不可避免的會(huì)出現(xiàn)速度不同步問(wèn)題，速度快的電機(jī)將承受較重負(fù)載。這種情況下，變頻器設(shè)置下垂功能后，可根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行頻率，使高轉(zhuǎn)速電機(jī)速度下垂變化，從而使負(fù)載均衡分配。

方案二：通過(guò)高速脈沖輸入輸出實(shí)現(xiàn)給定速度的同步控制，框圖如下：

圖七 高速脈沖速度同步

(1)、使用速度控制，主要的控制方法如下：

      兩臺(tái)變頻器都采用閉環(huán)矢量控制方式。采用閉環(huán)矢量的目的是閉環(huán)矢量速度控制精度高，速度控制精度達(dá)到1/1000，且低頻力矩輸出達(dá)到180%額定輸出，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可隨負(fù)載變化動(dòng)態(tài)調(diào)整速度輸出。

      主變頻器的速度反饋通過(guò)高速脈沖輸出口（HDO）輸出，作為從變頻器的速度給定。HDO的輸出頻率范圍：0~50KHz，精度可達(dá)到0.1Hz。

      從變頻器采用高速脈沖輸入口（HDI）采集主變頻器的HDO信號(hào)，作為頻率給定。HDI的輸入頻率范圍：0~50KHz，精度可達(dá)到0.1Hz。

(2)、使用轉(zhuǎn)矩控制，主要的控制方法如下：

      主變頻器的轉(zhuǎn)矩通過(guò)高速脈沖輸出口（HDO）輸出，作為從變頻器的轉(zhuǎn)矩給定

方案三：通過(guò)通訊方式實(shí)現(xiàn)給定速度的同步控制，框圖如下：

      該方案與方案二基本相同，只是從變頻器的給定采用485通訊方式給定，485通訊的最大波特率為38400BIT/S，可用于遠(yuǎn)程控制。

　　 綜上所述，采用HC-P系列皮帶運(yùn)輸變頻調(diào)速控制技術(shù)來(lái)改造傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，不僅在技術(shù)的先進(jìn)性還是帶來(lái)的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益方面都是巨大的，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷成熟，在帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)上變頻器將占主導(dǎo)地位。

      經(jīng)過(guò)變頻技術(shù)改造后皮帶機(jī)徹底實(shí)現(xiàn)了皮帶輸送機(jī)的軟起、軟停運(yùn)行方式，使皮帶機(jī)在工作中更加性能穩(wěn)定。系統(tǒng)的功率因數(shù)在整個(gè)過(guò)程中達(dá)0.9以上，大大節(jié)省了無(wú)功功率。采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，使系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力偶合器驅(qū)動(dòng)的效率高5%～10%系統(tǒng)效率。改造后系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)載變化情況自動(dòng)調(diào)整輸出頻率和輸出力矩，改變了以前電機(jī)工頻恒速運(yùn)行的模式，在很大程度上節(jié)約了電力能源消耗。而且四象限中高壓變頻器的使用實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)能量回饋功能，進(jìn)一步使得皮帶機(jī)的能耗降低，液力耦合器的退出更大地節(jié)約了設(shè)備的維護(hù)和維修費(fèi)用。在節(jié)能環(huán)保方面更加的完善。

七、煤礦主通風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速

      煤礦主通風(fēng)機(jī)是煤礦的四大主要設(shè)備之一，主扇風(fēng)機(jī)在煤礦生產(chǎn)中有著重要的地位，作為礦井主通風(fēng)，它每天24h不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，是整個(gè)礦井的“呼吸”系統(tǒng)。隨著開采和掘進(jìn)的不斷延伸，巷道延長(zhǎng)，盡管風(fēng)量基本不變，但井下所需的風(fēng)壓要求卻不斷增加，風(fēng)機(jī)需用功率也隨之增加。礦井一般按開采各階段中通風(fēng)最困難時(shí)期選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)。一般礦山選型時(shí)，按實(shí)際通風(fēng)參數(shù)配備電機(jī)功率，計(jì)算方法如下：

      N-所需電機(jī)功率，系指I，II級(jí)電機(jī)的總功率（kW）；
      Pst－礦井最困難時(shí)期總阻力（Pa） ；
      Q－礦井最困難時(shí)期總風(fēng)量（m3/s）；
      ηst－按Pst、Q參數(shù)查本樣本的實(shí)際運(yùn)行工況效率；
      K－功率貯備系數(shù)，一般取K＝1.1～1.15。

  圖六是煤礦主通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，圖七是煤礦主通風(fēng)機(jī)實(shí)物圖。

      圖六 煤礦主通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

      常規(guī)煤礦通風(fēng)機(jī)有“電老虎”之稱，導(dǎo)致電能浪費(fèi)嚴(yán)重。啟動(dòng)困難，機(jī)械損傷嚴(yán)重。主扇風(fēng)機(jī)采用直接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大，對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣有著較大的威脅，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。而高壓電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的單軸轉(zhuǎn)矩現(xiàn)象使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生較大的機(jī)械振動(dòng)應(yīng)力，嚴(yán)重影響到電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)及其它機(jī)械的使用壽命。自動(dòng)化程度低。主扇風(fēng)機(jī)依靠人工調(diào)節(jié)檔板，更不具備風(fēng)量的自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)功能，自動(dòng)化程度低。在故障狀態(tài)下，如風(fēng)流短路，將對(duì)礦井正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。

節(jié)約電能

      皮帶機(jī)電機(jī)平均每天運(yùn)行16 h左右，日運(yùn)輸煤3 500 t。原設(shè)計(jì)采用直接起動(dòng)，起動(dòng)后電機(jī)全速運(yùn)行，而井下煤倉(cāng)下煤量達(dá)不到皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力，故皮帶上煤量不足，這樣很不經(jīng)濟(jì)，浪費(fèi)電能。使用HIVERT高壓變頻器對(duì)拖動(dòng)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速后，皮帶運(yùn)輸機(jī)按實(shí)際需要功率出力，把變頻器輸出頻率設(shè)為39 ~40 Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速比工頻速度適當(dāng)降低，就可以使皮帶運(yùn)行速度與井下煤倉(cāng)下煤量相匹配，同降低了運(yùn)行電壓和電流，減小電能消耗。據(jù)礦井統(tǒng)計(jì)，變頻調(diào)速運(yùn)行比直接工頻運(yùn)行可節(jié)約電能10％～15％。

      如果變頻器出現(xiàn)了問(wèn)題，會(huì)影響到底下礦工的作業(yè)，甚至影響到人生的安全。所以說(shuō)這個(gè)方面對(duì)高壓變頻器的產(chǎn)品質(zhì)量要求非常高。HIVERT高壓變頻器有著很高的穩(wěn)定特性，能夠持續(xù)而且很穩(wěn)定的保持通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。

      礦用通風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速后，節(jié)約了電能，而且可根據(jù)巷道的風(fēng)量需求方便的進(jìn)行調(diào)速，避免浪費(fèi)，應(yīng)用效果是十分理想的。而且變頻節(jié)能運(yùn)行，節(jié)約了大量能源。由于變頻改造后不再使風(fēng)機(jī)一直處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)。 

      由于變頻器改造后風(fēng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)變頻軟起動(dòng)，避免了起動(dòng)電流的沖擊，不僅對(duì)電網(wǎng)沒有任何沖擊，而且還可以隨時(shí)起動(dòng)或停止。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機(jī)的大部分工作時(shí)間都在較低的速度下運(yùn)行，因而大大降低了風(fēng)機(jī)工作的機(jī)械強(qiáng)度和電氣沖擊，將會(huì)大大延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命，降低維修強(qiáng)度。

       需要注意的是煤礦對(duì)旋風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速后，一般情況下要求兩臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行頻率盡量一致，從而保證電機(jī)轉(zhuǎn)速一致。避免一臺(tái)轉(zhuǎn)速高，一臺(tái)轉(zhuǎn)速低，形成風(fēng)阻，影響風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。

八、結(jié)束語(yǔ)

      我國(guó)是世界上的產(chǎn)煤大國(guó)，也是噸煤電耗比較高的國(guó)家。由于技術(shù)、管理、體制等原因，大多數(shù)煤礦的勞動(dòng)力效率低下，對(duì)于我國(guó)的煤礦開采業(yè)應(yīng)以可持續(xù)發(fā)展為根本目的。通過(guò)許多的實(shí)際應(yīng)用案例表明，高壓變頻器應(yīng)用于煤礦系統(tǒng)改造能取得良好的運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)效益。在國(guó)家倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的大形勢(shì)下，煤礦行業(yè)高壓變頻改造正在成為前途光明的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。合康HIVERT高壓變頻器以穩(wěn)定的質(zhì)量和良好的服務(wù)致力于與煤礦行業(yè)加強(qiáng)合作，共創(chuàng)美好的未來(lái)。

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作者簡(jiǎn)介：李定川，男，漢族，四川省宜賓市人，1962年6月9日生于四川。1982年畢業(yè)于成都電子科技大學(xué)電子信息工程專業(yè)?，F(xiàn)任四川電汽自動(dòng)化股份有限公司技術(shù)總監(jiān)，電子工程師，《科學(xué)中國(guó)人》特約記者；宜賓日?qǐng)?bào)優(yōu)秀通訊員；在《實(shí)用影音技術(shù)》雜志上發(fā)表有DLP投影機(jī)的使用及技術(shù)特點(diǎn)，“寬帶IP視頻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介”；在《電氣時(shí)代》雜志上發(fā)表有FPGA在汽車電子中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)制作有AutoCAD軟件，電子音頻虛擬制作制作儀器。