高压变频技术在主斜井胶带机电控系统中的应用

摘 要：结合望田煤业对主斜井胶带输送机及电控系统改造工程实例，探讨了高压变频技术在电控系统的应用，实践证明，改造后，不仅大幅提升了主斜井胶带输送机安全运行的能力，而且有效提高了企业的经济效益。

关键词：主胶带机；高压变频器；技术应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.14.187

龙矿集团望田煤业主斜井胶带输送机原型号为DTL800/32/2×250，拖动电机为交流电动机，电压等级为380V。随着矿井技改工程的需要，已不适应矿井生产需要。于是2013年望田煤业对主斜井胶带输送机进行了升级改造，更换胶带输送机和电控系统，采用高压变频技术，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式，以此提高主斜井胶带输送机的提升能力。

1 胶带输送机性能指标

胶带输送机型号：DTL100/65/2×400；运输能力：Q=650t/h；胶带速度：V=3.15m/s；输送机机长：L=627m；输送机倾角：α=20.5°；电动机型号： YBK2-315M-4 功率N=400kW；双电机驱动，电压等级：10kV；减速机型号：SEW型减速机。

2 变频调速的基本工作原理

依据电机学基本原理，电机转速满足的关系式如下：

从上式中可以看出，调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。

3 高压变频器控制功能

高压变频器是采用多台变频器串联叠加方式，可输出可变频变压的高压交流电。

变频器本身由变压器柜、功率单元以及控制柜组成。变频器柜内有隔离变压器和冷却风机，隔离变压器副边多绕组输出，为功率单元提供独立的移相电源；功率单元/控制柜内有功率单元、控制器、接口板、监视器等，高压开关柜的三相高压，经降压、移相给功率单元供电。功率装置分为三组，一组作为一个阶段，每个阶段的功率单元输出收尾相串联。通过光纤功率控制器在控制单元的每个功率单元柜整流器和逆变器控制和检测。所以根据实际需要为给定的频率，通过用户界面及负载的需求的控制单元，控制信息发送到相应的整流器和逆变控制、调整功率单元、输出电压等级。

望田煤业主斜井胶带输送机采用10kV电压等级的HIVERT型高压变频器，该变频器采用交―直―交方式，IGBT为主电路开关组件。每个阶段由9个额定电压690V电源设备系列串联组成，输出相电压峰值5760V，线电压10000V左右。改变每个阶段的单位功率或输出电压等级，就可实现不同电压等级的高压输出。双机联动（主从控制）同步变频系统是一个完全独立操作两个逆变器，主从机同步通信方法，确保两个电动机转速和功率平衡。两个发动机在任何一个可以作为主机，主从机之间的同步控制是“嵌入式”同步控制器。同步控制光纤通信的传输介质；双机通信方法没有额外的繁杂同步设备，变频器内置的已经完成，只需要简单的安装操作，设置双（多）机可以实现同步操作。

主、从电机在运行的过程中，该系统将造成工况对功率的不对称分布，电动机的输出严重超过电动机的额定功率，而有一台电机则又过度轻载。主从电动机异步操作很容易导致运行过程中设备损坏，从而导致停机事故时有发生。为了避免功率分配的不对称，高压变频器内置高速同步通信，可以异步状态输出功率更大的电动机过载能力及时平衡给轻载电动机，实时维护之前和之后的主，从电机功率平衡对称分布，自动动态调整，从而实现主、从转换器的同步操作来实现双电机同步运行的目的。

4 工频与变频优缺点比较

（1）工频起动电流大，启动时间很长，对电动机的绝缘有更大的威胁，严重时甚至烧坏电机；（2）高压电动机在工频启动转矩脉动现象产生的机械振动对带式输送机产生了较大的应力，严重影响到电机、皮带机和机械部件的使用寿命；（3）变频操作方式下，甚至在输入功率大于额定容量可变频率的情况下也能满足，并且可以保护其它网络设备谐波干扰，同时与其他控制装置可以防止串扰；（4）无功冲击较小，功率因数较高；没有谐波引起的脉动转矩，可延长电机和机械设备的使用寿命；（5）变频器本身可提供正弦波输出，只有少数电压波形畸变，电机噪音非常小，需要外部输出滤波器，电动机不降额使用，能较好的消除有害谐波变频器电动机引起的发热和转矩脉动，降低机械设备的运行应力。

5 高压变频器运行效果

5.1 输送机运行安全性能得到了改进

（1）电机起动电流在额定电流之内，由于启动电流不太大，于是不会对电机和机械造成影响。

（2）电机启动时转速降低，降低了机械磨损，减少了输送机的机械振动。

（3）真正实现了软启动，启动时胶带输送机运行更平稳。

（4）实现了双电机驱动时功率平衡工作。

（5）实现了主斜井胶带输送机自动、手动、检修、紧急控制等各种运行方式的控制要求，方便检修；同时可以根据上煤量自动选取最大的运行速度，提高系统的运行效率，节电效果明显。

（6）实现跑偏、断带、逆转、打滑、超速保护；电机与电器的过载、短路和超温保护；过速保护、过电流保护、欠电压保护、局部过载保护张紧车到达终点保护及提供制动闸控制等保护。

5.2 自动化程度提高，维护简单

（1）该系统可分为主站和分站控制，主站和分站通过模块实现信号通讯，组成集中控制系统并与上位机连接，实现全矿井监控系统联网。

（2）变频电控系统改造后，设备可靠性能有了实质性的提高，井下停车故障率大大降低，不仅方便维护与保养，而且提高了生产效率。

6 结语

矿井主斜井胶带输送机作为矿井生产系统的咽喉，在矿井安全生产中占有举足轻重的位置，同时耗电量在矿井生产电耗中占有不小的比例，高压变频技术在望田煤业主斜井胶带输送机的使用，实现了主斜井胶带输送机的“安全、可靠、经济”运行，既降低了事故率，减少各种配件的投入，提高了企业的经济效益，每年节约费用约20万元。

作者简介：杨茂符（1972-），男，大学，工程师，毕业于山东科技大学，现任山东能源龙矿集团望田煤业任副总工。