四象限变频器在下运胶带输送机制动系统中的应用

摘 要：该变频器采用IGBT做整流桥，不单单能修正输入的功率因素，避免电网污染，让变频器的运营更加生态环保，更为重要的是把电动机所返回形成的能量输出回电网还可以实现绿色环保的目标。

关键词：四象限；变频器；软启动；调速；节能；功率平衡

中图分类号：TH222 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）08-0120-01

永煤公司新桥煤矿南一采区胶带上山全长1 095 m，最大倾角为18.05 °，平均倾角11.74 °，平均运量为800 t/h。该部胶带机驱动控制系统采用三台唐山开诚型号为ZJT 1-315/1140的四象限315 kW变频器。该变频器逆变侧给出了三种操作接口以便对变频器进行参数设定、启动＼停止控制、给定速度等操作。该变频器具有很好的调速、节能性能，采用软软启动控制方式，不仅仅能够降低对装置的机械冲击，使得装置的使用年限更长，同时该变频器基本不需要维护，节省了人力，减轻了工人的劳动强度，提高了经济效益。使用IGBT作为整流桥不单单能修正输入的功率因素，避免电网污染，让变频器的运营更加生态环保，更为重要的是把电动机所返回形成的能力输出回电网还可以实现绿色环保的目标。

1 变频器的功能特点

1.1 优越的软启动、软停止特性

胶带输送机驱动系统的主要目标就是实现软启动与软停止。从材质来看，胶带其即为拥有弹性的物体，特别是其在负载运行的过程会产生一定的惯性，从而增加启动加速度与停止减速度的数值。在这一情况下，胶带上所汇集的能量机会增加，因此在释放该能量的过程中将会对该机械系统形成巨大的能量冲击。然而这一变频器装置可以随意控制启动与停止的时间。另外，基于稳定胶带输送机的平稳启动，还可匹配其具备的S型加减速时间，通过此种方式可将胶带输送机起停时产生的冲击减至最小。S型加减速曲线，如图1所示。

1.2 平稳的重载启动

胶带输送机在运煤过程中可能会因为某种原因（比如人力按下急停按钮、前部胶带机联锁停机、保护动作等）出现重载停机现象，再重启的过程中就需要兼顾到重载启动。鉴于变频器的所采用的控制方式下低频运转可以输出2倍左右的额定转矩。所以，在这一情况下重载启动相对恰当。

1.3 功率平衡

目前矿井中所使用的胶带传输设备所使用的大部分都是双滚筒驱动装置。在这一结构中各个驱动滚动都配置有相应的电机来提供动力。基于进一步满代传输设备内部结构的同步，各个变频器可以利用互联网通讯来进行连接，从而获得数据与信息之间的交互。随意设置其中一台为主机，主机就会根据系统所设定的参与来运作，并且将自身的功率、转矩等指标利用互联网通讯传递给其他设备，其他设备就可能干根据主机的数据指标来灵活修正自身的数据指标，从而实现功率平衡。

2 变频器启动与直接启动的比较

2.1 启动特性比较

我们知道电动机的转速计算公式为：

n=ns×（1-s）=■

从公式中可以看出，电动机转速调节主要通过调整频率实现，因此，只需调节电机电源输入频率即可以实现电动机的调速。从而可以方便地实现带式输送机的软启动，且可以实现“S”型加减速曲线，保证在加减速的拐点位置对系统仍没有冲击。而直接启动无法实现软启动的功能。调节电机电源输入频率，实现S型加减速曲线，如图2所示。

2.2 启动电流比较

我们知道电机直接启动时，启动电流为额定电流的5～7倍。而采用变频器，电机的启动电流一般为额定电流的2倍左右，最大时仅可能达到3倍以下的额定电流，电机的电流即为变频器的输出电流。比如说启动频率为5 Hz时，此时变频器的输入电流为：

I入=■×2IN=■

电机侧电流比较小，可以有效保护电机；同时，变频器对电网冲击非常小。而直接启动不仅启动电流大，对电机有损害，同时对电网冲击也非常大。

2.3 对机械系统的冲击。

由于变频系统启动为“S”型曲线，加速度曲线平滑，启动及运行过程平衡，对机械系统冲击非常小。

而直接启动对机械系统冲击非常大，皮带接头、卡子、托辊、架子等容易造成损坏，不但增加维修费用，还因此造成停产而使矿上增大损失。

2.4 重载启动

在系统处于重载时，直接启动可能会无法启动，即使能启动起来电流也非常大，对电网冲击很大。采用变频驱动的时候，在0.5 Hz的时候即可达到2倍的额定转矩，能够实现重载启动，且启动电流比较小，对电网几乎没有冲击。

2.5 功率平衡

对于多机驱动的带式输送机，由于滚筒直径、减速机减速比、电机转速、滚筒围包角等等数据的不同，多台电机出力不可能平衡。直接启动时这种不平衡是通过维护工调节液力耦合器来进行调节的，无法实现真正意义上的自动调节，而变频器调速系统可以实现自动功率平衡，更好地解决功率平衡。

2.6 功率因数

直接启动系统效率较低，功率因数也较低，一般在0.8以下，而采用变频调速系统功率因数可以达到0.95以上，可以很大的减少系统的无用功。

3 效益分析

使用变频器驱动解决了胶带输送机运输过程中的负力问题，变频器运行在发电状态时，其能量回馈电网，达到很好的节能效果；解决了胶带输送机运行过程中的速度失控问题，实现了胶带输送机运行全过程的启动、制动和速度控制，保证了胶带输送机的正常运行；解决了机械系统及电气系统的冲击问题，延长了设备的使用寿命；其无级调速特性使胶带机起动及停止过程平稳，减少了皮带窜动、跑偏、洒煤等现象，减少了工人的劳动强度。

4 结 语

对南一采区下运胶带输送机制动系统的研究，成功应用的矿用隔爆兼本质安全型四象限变频调整装置实现胶带机的制动，该装置由变频调速单元、IGBT、PLC、隔爆型外壳、冷却系统、谐波抑制系统等组成。可以提供过流、过压、欠压、过热和缺相等多种保护功能，采用自封闭式强制水循环冷却+风冷的散热方式，解决了大功率元件的散热问题，设备的使用寿命长；有效解决了胶带输送机运输过程中的负力问题，能量回馈电网，达到很好的节能效果，值得推广。

参考文献：

[1] 余江.大倾角巷道下运胶带输送机制动系统的改进[J].山东煤炭科技，

2009，（6）.