德力西变频器在煤矿皮带机上的应用方案

德力西变频器在煤矿皮带机上的应用方案（通用8篇）

篇1：德力西变频器在煤矿皮带机上的应用方案

德力西变频器在煤矿皮带机上的应用方案

国产德力西变频器在煤炭矿井采煤作业面输送皮带机变频改造中的应用;详细地叙述了输煤皮带机的工作原理和变频改造的方法。分析了三相异步电动机在四个象限的工作状态，介绍了采用IGBT垂直串联技术的国产德力西变频器。本改造案例是国产德力西变频器在煤炭矿井输送机上的典型应用实例，为国内各煤矿企业类似的改造提供了范例。

内现有大多数煤矿的皮带输送机一般都采用工频拖动，较少使用变频器驱动。由于电机长期工频运行加之液力耦合器效率等问题，造成皮带运输机运行起来非常不经济；同时由于电机无法采用软起软停，在机械上产生剧烈冲击，加速机械的磨损；还有皮带、液力耦合器的磨损和维护等问题都会给企业带来很大数额的费用问题。这对于现在创建节能型社会是不相符合的，对煤矿企业的皮带输送机进行变频改造对节约社会能源、增加煤矿企业的经济效益都具有非常现实的经济意义和社会意义。皮带输送机的结构组成

华北某煤矿400米井下采煤作业面采用三段式皮带下行传送；第一段向下运输，水平距离950米，提升高度116.3米；第二段向下运输，水平距离680米，提升高度25米；第三段向下运输，水平距离630米，提升高度84.2米。运输能力为3000吨/小时（最大），皮带带宽1.4米，皮带机运行速度为4m/s，运输方式为下运。改造前的拖动方式为每段皮带机由两台250KW饶线式三相异步电动机经液力耦合器同轴连接；皮带机的启动和运行方式为，绕线电机经转子绕组降压启动后工频运行，经液力耦合器切换至皮带机。第一、二段皮带机的电机分别由同一线路的两台变压器供电，第三段皮带机的电机由同一线路的另一台变压器供电。改造前各段皮带机自成体系，互不联系，均采用手动运行方式，皮带机启动后电机恒速运行，采用调节液力耦合器的机械效率来调整皮带的速度。该煤矿井下采区皮带机纵剖面示意图如图1，水平面剖面示意图如图2所示。皮带机的工作原理和特点 皮带机通过驱动轮鼓，靠摩擦牵引皮带运动，皮带通过张力变形和摩擦力带动物体在支撑辊轮上运动。皮带是弹性储能材料，在皮带机停止和运行时都储存有大量势能，这就决定了皮带机的启动时应该采用软启动的方式。国内大多数煤矿采用液力耦合器来实现皮带机的软启动，在启动时调整液力耦合器的机械效率为零，使电机空载启动。虽然采用了转子串接电阻改善启动转矩和降压空载启动等方法，但电机的启动电流仍然很大，不仅会引起电网电压的剧烈波动，还会造成电机内部机械冲击和发热等现象。同时采用液力耦合器软起皮带时，由于启动时间短、加载力大容易引起皮带断裂和老化，要求皮带的强度高。加之液力耦合起长时间工作会引起其内部油温升高、金属部件磨损、泄漏及效率波动等情况发生，不仅会加大维护难度和成本、污染了环境，还会使多机驱动同一皮带时难以解决功率平均和同步问题。

三相异步电动机四象限动态运行分析

1.从图1可以看出该皮带机是向下输煤至主井，从图2可以看出同一皮带机上的两台电机是同轴连接，当皮带机工作时两台电机分别一台正转、另一台反转。以第一段皮带机的1#和2#电动机为例，当皮带机空载运行时，1#电机反转、2#电机正转，皮带机下行运动；此时电机的输出转矩通过液力耦合器转换后作用在皮带机驱动轮毂上，并与上层皮带自重沿传输面重力分量作用在皮带机驱动轮毂上的力矩合成。合成的驱动力矩与驱动轮毂受到的皮带摩擦力阻力合力矩相平衡，皮带机空载运行；此时1#电机处于反转电动态，工作在第三象限；2#电机处于正转电动态，工作在第一象限。当皮带上煤后，煤的重力沿皮带传输方向的分力也作用在驱动轮毂上，并使得驱动力矩逐渐增大；当驱动力矩超过摩擦阻力力矩后，驱动轮毂的转速将加速转动，通过机械连接使得电机转子也加速转动，其速度将超过同步转速；此时1#电机处于反转再生态，工作在第四象限；2#电机处于正转在生态，工作在第二象限。

电机运行在第一、第三象限内时为电动态，其定子中的旋转磁场、电机的输出电磁转矩与转子的转向同向，电机输出的电磁转矩是转子的驱动力矩，此时电机从电网吸收的电能大部分由电磁转矩作用到转子上以机械能形式输出。当电机运行在第二、第四象限内时为再生态，由于转子切割磁力线的方向发生了改变，故电机作用到转子上的电磁转矩方向也发生改变，成为转子的制动阻力力矩；此时电机转子被负载的合成力矩拖着以超过同步转速的速度转动，负载作用在皮带机驱动轮毂上的机械能由电机反馈回电网。故在进行下行皮带机变频改造时，应选用四象限带能量回馈的专用变频器。三相异步电动机在四个象限运行的特征曲线如图3所示，变频驱动三相异步电动机在四个象限的运行特征曲线如图4所示。

2．变频器驱动三相异步电动机的启动情况可以分为电动态启动、再生态启动和空载启动。为了防止启动时因为拖动系统速度不为零而造成电机和变频器发生过载情况，变频器在电机启动前预先输出零赫兹的力矩电流，即变频器对电机预先输出一个直流力矩TL与负载力矩相平衡，保证拖动系统启动时初速度为零，这样变频器启动后逐渐升高输出频率，并保持输出转矩基本不变（视启动后负载力矩情况而定），实现电机的带载启动。当变频器输出频率到达设定频率后，电机按该频率下的特征曲线运行。图

5、图6分别为变频器驱动三相异步电动机电动态启动和再生态启动时电机的特征曲线变化图，图中箭头为启动时变频器输出频率、输出转矩、电机转速及特征曲线等参数的变化方向。皮带机变频改造.皮带机变频技术改造措施 根据以上分析可以知道，因为下行皮带机运行时其驱动电机会运行在四个象限内，这就需要驱动用变频器是四象限带能量回馈型变频器。同时根据皮带机的工作情况，需要变频器能够在电机带载启动、空载启动或是停机时能够输出直流制动力矩，以保证皮带机平稳启动、停止，减小机械冲击。

为使该皮带机同轴的两台电机能够实现转矩平衡，在变频改造中采用同轴的两台电机的两套逆变单元公用直流母线、统一控制指令，公用一套整流单元和回馈单元。这样控制系统检测控制两台电机的输出转矩，使之达到转矩平衡，彻底解决扭震、共振等问题。为使整个皮带机系统达到同步，可以将所有变频单元里的直流母线共同连接，将控制系统设成主从控制；系统检测所有电机的输出转矩，经运算后控制各电机的输出转矩达到统一平衡，从而实现所有电机转矩平衡和速度同步。将所有变频单元的直流母线连接在一起，还可以实现变频器内部整流单元、逆变单元和回馈单元的冗余连接。当某一个整流或回馈单元发生故障时，可以由其他的整流和回馈单元来完成整流和回馈功能。如果当某一个逆变单元故障时，则系统检测负载状况，并计算其余电机能否拖动整个皮带，如果可以则由其余逆变单元和电机继续工作。在改造中保留原有工频启动柜，将其作为变频运行的工频旁路备用，提高设备的应急运行能力。

对于该中压变频器的一次供电，采用同一线路的两台6KV变1140V的电力变压器并列运行向1#～4#电机的变频器供电，同一线路的另一台6KV变1140V的电力变压器单独向5#、6#电机的变频器供电。这种一次供电方案在一定程度上提高了供电系统运行的可靠性，在一定程度上降低了整个皮带机供电系统全部停电的风险。皮带机变频改造主电路原理图如图7所示。

2.皮带机自动控制系统的改造

皮带机自动控制系统采用西门子S7-300 PLC以主从方式通过Profibus DP通讯完成连接。井上中控室S7-300 PLC 设为主站，通过CP342-5 FO 主从通讯处理器光纤接口，使用光纤连接井下S7-300 PLC 从站。井下S7-300 PLC 从站和中压变频器都装置在防爆壳体内，并在井下集中安装，采用安全隔离模块隔离处理变频器和皮带机张力检测模拟量信号。通过Profibus DP网络可以将皮带机自动控制系统与整个煤矿的DCS系统相连接，也可以通过安装LE/PB Link和整个煤矿的工业以太网连接。

在中控室设上位监控计算机，使用西门子WinCC组态软件，可以对皮带机进行实时监控，并可以使用该软件的历史数据记录功能记录历史数据和报警数据。PLC控制系统完成对变频器的起、停控制，实现各电机等速启动和同步控制，对各电机进行过流、过载、短路、断路检测和保护，同时能够实现对皮带跑偏检测、皮带堆煤等保护。

3.皮带机变频改造中机械结构的改造措施 皮带机变频改造后，将原有的电气柜保留作为工频旁路，同时将液力耦合器的效率调至最大；如果调试中变频器发生故障，则可以利用原有的工频启动柜应急运行，启动时调整液力耦合器效率为零，电机空载启动，启动后适当调整液力耦合器效率。当整个设备运行调试完成后，实验运行一段时间证明设备整体运行稳定、良好后，可以拆除液力耦合器，将皮带转轴直接连接到电机上。拆下的液力耦合器入库储存备用，如果发生变频器故障需要工频运行时，可以把相应的液力耦合器再装上实现应急运行。

5基于IGBT直接串联技术的德力西变频器

IGBT是双极性隔离门极晶体管的缩写，是具有自关断特性的高速功率元件。由于IGBT模块的耐压问题，使得IGBT串联问题成为了世界公认的尖端难题。为了避开IGBT串联问题，国外众多品牌普遍采用单元串联多电平技术来生产中高压变频器。这使客户需要花费大量金钱购买体积巨大、结构复杂的多副边移相降压变压器，不仅投资大，而且运行起来很不经济；更重要的是这种类型的过渡型中高压变频器根本无法实现电机四象限运行,也就决定了其无法用于皮带机。国产德力西变频器采用了吴氏3/2钳压技术，该专利技术的使用在世界上首次实现了IGBT模块直接串联使用，使中高压变频器真正意义上做到了能够在四象限运行和实现了公用直流母线功能。同时国产德力西变频器还采用了抗共摸电压技术、谐波拟制技术、正弦波技术等多项专利技术，使得国产德力西变频器已经成为世界上唯一品牌的中高压通用型变频器。

6结束语经过变频技术改造后皮带机运行良好，彻底实现了皮带输送机的软起、软停运行方式，大大提高了系统的功率因数和系统效率。改造后系统可以根据负载变化情况自动调整输出频率和输出力矩，改变了以前电机工频恒速运行的模式，在很大程度上节约了电力能源；而且四象限中高压变频器的使用实现了皮带机能量回馈功能，进一步使得皮带机的能耗降低；液力耦合器的退出更大地节约了设备的维护和维修费用。经过改造后的运行，事实证明国产德力西变频器与众多国内外过渡型中高压变频产品相比，有着无法比拟的优越的产品性能和无法超越的技术领先优势；在煤炭行业的节能改造中应用能够创造巨大的经济效益和良好的社会效益，对于创建节能环保型的社会发挥着重要的作用。

篇2：德力西变频器在煤矿皮带机上的应用方案

Application of INVT CHH100 High-voltage Transducer into Main Fanning Machine for Coal Mines

英威腾电气股份有限公司

Shenzhen INVT Electric Co., Ltd

摘要：为了实现节能降耗，山西某大型煤矿企业针对高压主通风机进行技术改造。根据设备的具体工艺情况，并且分析比较各种可能的技术方案，确定采用高压变频技术的最佳解决方案。通过对改造前后主通风机运行情况的对比分析，得出改造后电能大幅度降低、提高主通风机的控制水平的结论。

关键词：煤矿主通风机 节能 高压变频器 功率单元串联 多电平

Abstract: A large-sized coal miner starts the technical alteration for its high-voltage main fanning machine to reduce the power consumption.Following all kinds of possible solutions,optimized solution scheme which uses high-voltage frequency conversion technology is adopted, based on concrete technical conditions.Comparing the performance of main fanning machine before and after the alteration, it is concluded that the alteration can lower the use of electricity and improve the controllability of the main fanning machine.Keywords: Main fanning machine of coal mine, Energy saving, High-voltage transducer, Power cells in series, Multi-level

［中图分类号］TN773

［文献标识码］ A

文章编号：1561-0349（2012）03-引言

节能降耗已成为我国的基本国策。煤矿企业既是产能大户，又是耗能大户，许多煤矿企业都非常重视高耗能用电设备的节能技改工作。特别是主通风机，设备功率大、24h不停运转。由于煤矿特殊的工艺要求，该设备存在很大的节能空间。在满足矿井通风需要的同时，又实现最大程度的节能。本文通过阐述对山西某大型煤矿企业矿井主通风机采用高压变频技术改造，选用功率单元串联多电平高压变频器，实现了主通风机的电能节约和风量无级自动调节。设备的工况和节能要求 2.1 设备参数

煤矿企业主通风机为南阳防爆集团生产的2台防爆对旋式轴流通风机。风机主要参数如下：

型号： BDK65—10一N026 电动机额定功率（kW）2x 800 负压（Pa）3077～120 风量（m·s）60～150 额定转速（r-min）990 额定电压（V）10000 额定电流（A）2x 56.3 绝缘等级 F级 2.2 运行情况

2台对旋风机互为备用，单台电机运行电流在43A左右，该风机月用电量在63万kWh以上。2.3 对设备节能的具体要求

根据矿井具体情况，确定了采用变频方式进行技术改造。对设备改造有以下要求。(1)在不影响通风量的前提下，变频设备应大幅度降低原用电设备(指煤矿主通风机)的电能，节电量要在20％以上。

(2)在不降低节能的基础上，能够提高原用电设备的安全性和稳定性。

(3)变频设备自身的使用寿命长，损耗低，日常维护量少。同时能够降低原用电设备的维护量。

(4)变频设备操作方便、不改变原用电设备操作工的操作习惯。操作工在简单培训后就可以熟练操作变频设备。

(5)为了满足未来煤矿的发展需要，变频设备容量留有一定的富裕。改造方案的确定

经过论证分析，确定采用功率单元串联多电平型高压变频器，根据井下负压值连续控制主通风机风量的节能方案，利用1台变频器同时拖动1台对旋风机的2台电机，2台对旋风机可以分时使用变频器。3.1 风量调节方式的选择

矿井生产过程中，井下对风量的需求和通风网络特性经常发生变化，需要经常调节风机的工况点以适应生产要求。《煤矿安全规程》对煤矿井下的通风量有具体规定，通风量小不能满足要求，通风量大会使采煤工作面粉尘加剧而且浪费能源。操作工人通过观察井下的负压值高低来判断风量是否适合。

原系统主通风机的风量调节，主要是改变叶片安装角度和节流调节，但是节流调节会造成能源浪费；改变叶轮叶片安装角度一方面需停机操作，另一方面也会使风机效率发生变化，通常需调节的幅度较大时才采用。只有根据负压值变化自动调节转速的方式不改变风机的效率，在各个工况点实现不停机调节风机的高效状态下运转。3.2 调速方式的选择(1)液力耦合器

在电机和负载之间串入一个液力耦合装置，通过液面的高低调节电机和负载之间耦合力的大小，实现负载的速度调节。这种调速方法实质上是转差功率消耗型的做法，其主要缺点是随着转速下降效率越来越低，并且维护工作量大。(2)串级调速

串级调速必须采用绕线式异步电动机，将转子绕组的一部分能量通过整流、逆变再送回到电网。而现在工业现场几乎都采用鼠笼式异步电动机，更换电机非常麻烦。这种调速方式的调速范围一般在70％～95％，调速范围窄；容易造成对电网的谐波污染，功率因数低；串级调速电机受转子滑环的影响，大功率无法实现；滑环维护工作量大；属于落后技术。(3)变频调速方式

通过高压变频器改变电源频率来调节三相异步电机的转速(根据公式n=60f(1一s)／P 调节)。这种调速方式调速范围宽、设备使用寿命长、自身能耗低、日常维护量少。缺点是设备造价比较高，但是随着高压变频器大规模的推广，其造价正在逐步降低。通过以上分析可见高压变频方式最为合适。3．3 高压变频器种类的选择

高压变频技术由于现有的电力电子器件耐压不足，所以每台产品均需要使用大量的电力电子器件。这些器件组合的多样性，使得高压变频电路组合也很多，当前常用的高压变频器主要有以下几类技术。(1)高低高方式

即变频器为低压变频器，采用输入降压变压器，先把电网电压降低，然后采用1台低压变频器实现变频。对于电机，则有2种办法：① 改用低压电机；② 仍采用原来的高压电机，需要在变频器和电机之间再增加1台升压变压器，即高一低一高变频方式。这种做法由于采用低压变频器，容量也比较小，在电网侧的谐波较大。(2)三电平电压型高压变频调速方式

三电平电压型高压变频技术通过独特的二极管钳位(或者其他的钳位)方法，可以使系统的输出电压增加一个电平，与两电平相比较，这种方式的相电压可以有3个电平输出，故称为三电平。同时每个电力电子器件所承受的耐压只有直流母线电压的一半，所以采用这种方式，可以使电力电子器件的耐压要求降低一半。当采用一些高压的全控型器件，如高压IGBrI1、IGCT、ⅢCI1、GTO晶闸管时，可以直接实现高压输出。由于控制上难度较大，这种方法目前应用比较少，技术尚不成熟，所以不采用。(3)功率单元串联式多电平高压变频方式

功率单元串联式多电平高压变频产品是在输入端设置1台输入隔离变压器，将输入高压交流电变成多组低压交流电，每组低压交流电分别输入到1个功率单元，经整流滤波为直流电后，再经逆变成为交流电，各功率单元的交流信号在逆变侧串联成为高压交流输出供给高压电动机。为了减少输入谐波，变压器的每个二次绕组的相位依次错开1个角度，形成多脉冲、多重化整流方式。其逆变输出采用多重PWM方式，输出谐波非常小。这种方式采用低压器件实现高压变频输出，器件无需串联，输入输出谐波非常小，是一种成熟稳定的高压变频技术。

本次改造选用的就是功率单元串联式多电平高压变频器产品。3．4 控制方式的选择

由于进行的是设备节能改造，所以在保证稳定性的前提下，成本是优先考虑的。一拖二方式在性能上基本与一对一方式相同，工程造价上降低50％以上的费用。以下是2种方式的介绍。

(1)一对一方式

一对一的方式即变频器与电机一对一配置。由于对旋风机为2台风机首尾相对放置，那么1台对旋风机就需要2台变频器。这种方式的优点是控制简单，系统稳定性高。由于4OOkW以下的高压变频器原材料成本几乎一样，所以这样的工程造价将非常大。如果把备用的对旋风机也全部配齐的话，整个工程造价将又翻一倍。(2)一拖二方式

一拖二方式就是1台变频同时拖动1台对旋风机的2台电机，2台对旋风机可以分时使用该变频器。这种方式的缺点是控制系统复杂，安装调试时间长。但是，优点是整个工程造价低(比一对一方式降低一半以上费用)，设备使用率高。4 高压变频设备介绍

通过对各方面比较，决定采用高压变频器对主通风机进行改造。选用了深圳市英威腾电气股份有限公司生产的CHH100-1600-10高压变频器。(1)高压变频器的主要性能指标 变频器容量（kVA）1900 输入频率（Hz）0～50 额定输入电压（kV）10.0(±10％)输出频率范围（Hz）一50～+50 过载能力（％）120(1 min)；150立即保护

性能指标满足相关标准：IEEE519—1992《电源系统谐波控制推荐规程和要求》；GB／T14549—1993《电能质量公用电网谐波》。(2)性能主要特点

① 高压变频调速系统采用直接“高一高”变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构有多组功率模块并联而成；采用单元串联叠波技术、空间矢量控制的正弦波PWM调制方法。

② 变频装置控制采用LED键盘控制和人机界面控制2种控制方式，2种方式互为备用，2种方式从现场界面上可以进行增、减负荷，开停机等操作。装置保留至少一个月的故障记录。③ 在20％～100％的调速范围内，变频系统在不加任何功率因数补偿的情况下，本机输入端功率因数达到0.97以上，减少无功输入，降低了供电容量。

④ 变频装置对电网电压的波动有较强的适应能力，在一10％～+10％电网电压波动时能满载输出。可以承受35％的电网电压下降而正常继续运行，能适应煤矿电压大幅波动的电网环境。

⑤ 变频装置设以下保护：过电压、过电流、欠电压、缺相保护，短路保护，失速保护，变频器过载、电机过载保护，半导体器件过热保护，瞬时停电保护等，联跳至输入侧10kV开关。保护的性能符合国家有关标准规定，并提供故障、断电、停机等报警。(3)具体控制方案

如图1所示，此系统由QF、QF1～QF4，高压变频器、自动切换柜(QS1～QS4，KM1～KM4组成)、电动机M1～M4组成。高压开关柜向变频器馈电，并为其提供保护，保护主要有速断保护、过载保护、过电压保护，其整定值根据变频器额定值计算。变频器与高压柜之间的联锁关系有： ① 合闸闭锁

将变频器“合闸允许”信号串联于高压开关合闸回路。变频器故障或不能就绪时，高压开关(断路器QF)合闸不允许。②故障分闸

将变频器“高压分断”信号并联于高压开关分闸回路。当变频器出现故障时，分断变频器高压输入。

③隔离开关、真空接触器以及高压断路器之间的闭锁关系

KM1与KM4电气互锁；KM1与KM3，电气互锁；KM2与KM3电气互锁；KM2与KM4，电气互锁；控制同一台电机的高压断路器和真空接触器同时只允许一个闭合，如QF闭合，则KM1不允许合闸，KM1合闸，则QF不允许合闸。

④当M1正转M2同时反转时，即拖动一台对旋通风机变频运行时，断开QF1、QF2，分别合上QS1、QS2、KM1、KM2、QF；当变频器出现故障时，由另一台对旋式风机运行，即断开QF、KM1、KM2、QS1、QS2，合上QF3、QF4、KM3、KM4。

⑤ 当变频器出现故障或需要检修时，只要断开QF和QS1～QS4即可。变频器具有反风功能。柜门上有1～4风机运行指示，KM1～KM4，分闸和合闸指示。

高压变频器

图1 电气控制电路图 变频设备运行情况

篇3：高压变频器在煤矿皮带机上的应用

皮带机在煤矿生产中发挥着重要作用, 目前几乎所用的煤矿斜井提升均采用皮带传输的方式, 因此, 煤矿生产的数量和效益在很大程度上取决于皮带机的运输能力和运输效率。不少煤矿的皮带传输系统依然采用传统的调级方式, 即串级调速模式。这种调速模式虽然能够满足基本的调速要求, 但是存在着可靠性较低、运行能耗水平高、功率因数低等不足, 无法发挥出皮带机控制系统的最优性能。节能减排、发展绿色经济是我国经济发展的大方向之一, 传统的串级调速模式显然无法适应时代发展的要求, 而且随着当今自动控制技术、高压变频控制技术的完善成熟和规模化运用, 将其应用于煤矿皮带机上成为了一种必然选择。高压变频器不仅能够实现煤矿皮带机的无级平滑调速, 更可以提高皮带机运行的经济性。笔者在本文中以煤矿皮带机的控制要求为基础, 分析并探讨了高压变频器在煤矿皮带机上的应用方案。

1 变频电控系统分析

变频电控系统主要由两个部分构成, 即主控中心和高压变频器。这两个部分相关协作, 共同承担着变频电控系统正常工作的职责。具体而言:

首先, 主控中心。PLC (Programmable Logic Controller, 可编程逻辑控制器) 是主控中心的核心控制器件, 作为信息处理枢纽, 它既可以对系统控制工艺进行处理和分析, 也能够为系统安全提供必要的防护;主控中心的各种工况信息和数据通过彩色显示器来显示, 通过该显示器显示的相关数据, 我们能够很好掌握皮带输送机的静态参数、动态参数、运行趋势等。

其次, 高压变频器。高压变频器是实现整个皮带机无极调速的关键, 它充分应用了直接高-高变换模式, 并采用了优化PWM (Pulse Width Modulation, 脉冲宽度调制) 控制算法、有源逆变技术、矢量控制技术、多电平串联叠波技术, 可以输出正弦电流。高压变频器主要由两个部分构成, 即移相隔离变压器功率单元和控制器单元。

2 高压变频器在煤矿皮带机上的应用方案

2.1系统结构

将高压变频器应用于煤矿皮带机上, 其主要的实际效果重点体现在下述两个方面:首先, 如果皮带机的煤炭输送量相对较少, 则可以通过速度调节的方式降低皮带机的运行能耗;其次, 如果皮带机的煤炭输送量处于满负荷状态, 则可以实现皮带机的全速运行, 提高皮带机的运行效率和煤炭产量。

高压变频器在煤矿皮带机上的应用方案见图1。将高压变频器应用于煤矿皮带机, 改造方案应该坚持成本节约的原则, 不能够对皮带机的电气性能、运输能力产生不利影响, 并综合考虑煤矿的现场工况、变频器的性能水平等实际条件。运行方式选择为“一拖一”或“一拖二”。所谓的“一拖一”主要是指一台变频器拖动一台电机, “一拖二”主要是指一台变频器拖动两台电机。同时, 采用了“工频”和“变频”两种运行方式, 并且这两种运行方式能够进行自由切换, 以确保煤矿生产的连续性。上图所展示的皮带传送系统结构为明显的“一拖二”运行方式。此种运行方式能够更好地达到降低能耗的目标, 主要是因为该种运行方式能够根据煤炭输送量多寡来实现频率的自动调整, 进而实现变频调速。

2.2系统功能

第一, 能够真正实现皮带机的软启动。将高压变频器应用于煤矿皮带机, 在皮带机驱动电机时, 高压变频器的变频控制系统首先会控制电机以低频大转矩启动, 进而实现了皮带机控制系统的软启动, 能够有效延长电机的使用寿命。

第二, 能够实现皮带机多个电机驱动时的功率平衡输出。将高压变频器应用于煤矿皮带机, 采用“一拖二”的运行方式, 变频器所控制的两台电机在电流、功率、力矩等方面相同。

第三, 能够降低皮带机的皮带带强。将高压变频器应用于煤矿皮带机, 变频器的启动时间范围能够1s~999s内进行随意调节, 根据实际情况, 变频器的启动时间通过设置在60s~200s的范围内进行调节。较长的启动时间可以降低皮带机的皮带带强要求, 因而可以选择性价比更高的皮带, 降低设备投资, 提高企业效益。

第四, 能够降低皮带机的维护量。今天的微电子技术和信息技术获得了长足的进步和发展, 作为电子器件的集成系统, 变频器的运行可靠性和使用寿命能够得到有效的保障。除此之外, 应用变频器之后, 皮带机能够实现软启动, 显著降低皮带机在启动过程中对于整个机械设备的冲击, 降低故障率和维护量。

第五, 能够实现更好的节能效果。节能是当今社会的主流价值观之一, 提高节能效果不仅有利于企业获得较高的经济效益, 还有利于环境的保护。其节能效果主要表现在, 能够根据煤仓煤量来对变频器的输出频率进行调节, 避免电动机功率的浪费, 进而获得较高的能源利用率。

3 应用效果与展望

由于传统的串级调速模式据具有可靠性差、效率低、能耗高等不足, X焦煤集团应用高压变频器实现了对皮带电控系统串级调速的改造和升级。经过相关改造和一定时间的运行之后, 皮带机的有功功率显著提升, 节能效果明显;同时, 皮带机的可靠性不仅大幅度提升, 而且日后的维护量也显著降低。

带变动负载、具有节能潜力的电机非常多, 改造潜力巨大, 尤其是在国家大力提倡节能减排、积极倡导变频器改造的今天, 对皮带机电控系统进行改造的社会意义和现实意义重大。

摘要：高压变频器不仅能够实现煤矿皮带机的无级平滑调速, 更可以提高皮带机运行的经济性。在本文中, 笔者以煤矿皮带机的控制要求为基础, 给出了高压变频器在煤矿皮带机上的应用方案。实践证明, 该方案能够实现对电机速度的灵活调整, 同时也可以降低煤矿皮带机的能耗水平。

关键词：高压变频器,煤矿皮带机,调速,节能

参考文献

[1]王雪峰.高压变频器在德兴铜矿废石胶带系统的应用[J].铜业工程, 2012 (4) :152-155.

[2]程宝平.UP10变频器在煤矿皮带输送机上的应用[J].电气技术, 2012 (5) :251-252.

[3]马永健.利德华福高压变频器在力拓铁矿石输送带的应用[J].变频器世界, 2011 (1) :62-63.

[4]张宝瑞, 徐长海, 高昌起, 郭金星, 李利生.高压变频器在国电乌斯太热电厂引风机上的应用[J].变频器世界, 2010 (7) :185-187.

篇4：高压变频在煤矿提升机上的应用

【关键词】高压变频；煤矿；提升机；可靠稳定性

0.引言

矿井提升机是煤矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。大湾煤矿井下采好的煤通过井口竖井用1台提升机将煤提到地面上来。该井口绞车为摩擦式提升机，由电机经减速器带动卷筒旋转，这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动、减速制动，而且电机的转速按速度规定规律变化。原竖井提升机的动力由绕线式电机提供，采用转子串电阻调速。原提升机的基本参数是：电源电压6 kV，电机功率630kW，卷筒直径2.8m，减速器减速比11.5：1，爬行时间33s，最高运行速度4.74m／s，钢丝绳长度为276.5m。

1.交流调速系统转子串电阻调速方式

交流电机因为其结构简单、体积小、重量轻、寿命长、故障率低、维修方便、价格便宜等诸多优点得以广泛应用，但交流单机、双机拖动的提升系统以前采用绕线电机转子串电阻的调速方式，现已正被淘汰，此调速方式存在的问题如下：

(1)提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。

(2)提升机频繁的起动、调速和制动，在转子外电路所串电阻上产生相当大的功耗。

(3)低速时机械特性较软，静差率较大。

(4)起动过程和调速换挡过程中电流冲击大。

(5)中高速运行震动大，安全性较差。

(6)线绕电机滑环存在接触不良问题，容易引起设备故障。

(7)设备体积大，发热严重使工作环境恶化(甚至使环境温度高达60℃以上)。

(8)设备维护工作量大、维护费用高。

2.高压变频调速方案

为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，采用高压变频调速技术改造提升机。技术改造总目标：

2.1提高主井提升机的效率，实现节电的目的

技术改造完成后，将现有的转子串电阻的转差功率消型调速方式改为变频变压的转差功率不变型调速方式。在正常工况下，现有的大功率调速电阻群将不再使用，实现节电的目的。

2.2提高系统的运用可靠性、安全性

技术改造完成后，由于在正常工况下不再使用大功率调速电阻群，切换电阻用的接触器将不再工作，较大幅度地减少电气和机械故障对生产的影响。由于电压和频率均连续可调，电动机的起动电流可得到有效控制，转矩冲击将不再存在，这将明显地减少当前的有级调速系统容易出现的齿轮箱和钢丝绳等设备的机械故障。

2.3提升系统改造后单次提升循环时间小于现有单次提升循环时间

即将低速爬行时间33s降低为18s，再通过变频调速控制提高最大提升速度到4．9m／s，如此以来，每天提升次数由原来的450个提升循环提高到500个提升循环。

3.方案原理及实施

东风煤矿竖井提升负载是典型的摩檫性负载，即恒转矩特性负载。重斗上行时，电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩，起动时还要克服一定的静摩擦力矩，电机处于电动工作状态，且工作于第一象限。在重斗减速时，虽然重车在斜井面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电机仍会处于再生状态，工作于第二象限。当另一列重车上行时，电机处于反向电动状态，工作在第三象限和第四象限。用能耗制动方式将消耗重力势能；用回馈制动方式，可节省这部分电能。

在用变频器驱动时需将原转子串电阻部分全部短接。提升机在运行过程中，井下和井口必须用信号进行联络，信号未经确认，提升机不能运行。为安全性考虑，液压机械制动需要保留，并在运行过程中实现液压机械制动和变频器的制动无缝结合。同时，还使用高精度测速编码器(每转1500-3000脉冲)进行运行时机斗的位置及速度精准闭环反馈，保障运行安全。

提升机传统的操作方式为，操作工人坐在煤矿井口操作台前，手握操纵杆控制电机正、反转多档调速。为适应操作工人这种操作方式，变频器可采用角编码器与手握操纵杆相连，即手握操纵杆的角位移对应角编码器的速度给定，可实现电机0到最大速度无级调速给定。当然变频器还可实现按钮启动和自动提升。

4.变频调速提升系统的优点

4.1提升机系统安全得以提高，操纵更加容易

系统能自动高精度地按设计的提升速度图控制提升速度，极大地降低了提升机的操纵难度；减速时电力制动自动减速，提升机司机无需再用施闸手段控制提升机减速，避免了超速、过卷的发生，杜绝了人工操作失误。

4.2提升系统电能消耗明显下降

每年可节约电能消耗约20％-50％。变频调速时转子电阻被短接，加、减速阶段消耗在电阻上的大量电能被节约。

4.3功率因数显著增加

功率因数将从转子串电阻调速的0．8左右提高到0．95以上，大大提高了设备对电网容量资源的利用率，减少了因无功电流引起的线路损耗。

4.4生产效率进一步提高

能可靠的按系统设计的最短时间加、减速，显著缩短了一次提升时间(由原来的爬行时间33s缩短为18s)，提高了生产效率(由原来的每天450个提升循环提高到每天500个)。彻底解决了传统系统中用制动闸施闸或电机断电自然减速来操控低速运行时速度波动大、难于控制又不安全的难题。

4.5电机发热大幅减轻

与转子串电阻调速相比电机定子温度平均下降了10℃左右，转子温度平均下降了20℃左右，使电机运行的故障率大幅度减少。

4.6系统维修量大幅度减少

由于实现了提升全过程的电力牵引与电力制动，机械闸只有在停车和安全回路保护动作时才起作用，因此闸瓦的磨耗大幅度减少。由于变频运行机械特性很硬，不易发生钢绳打滑，这将明显减少钢绳和钢绳衬垫磨损。由于电压和频率均连续可调，电动机的起动电流可得到有效控制，转矩冲击不再存在，明显地减少转子电阻有级变速出现的齿轮箱和钢丝绳等设备的机械故障，减少了设备的维修量和维修费用。

5.结束语

变频改造后，调速平稳，高效安全，提升机绝大部分时间都处在电动状态，节能十分显著，经测算节能30％以上，节电经济效益巨大。变频调速无疑是提升机调速首选的高效调速方式。

篇5：德力西变频器在煤矿皮带机上的应用方案

皮带输送机是煤矿最理想的高效连续运输设备,与其他运输设备(如机车类)相比,具有输送距离长、运量大、连续输送等优点,而且运行可靠,易于实现自动化和集中化控制,尤其对高产高效矿井,带式输送机已成为煤炭开采机电一体化技术与装备的关键设备。国内现有大多数煤矿的皮带输送机一般都采用工频拖动,较少使用变频器驱动。电机长期工频运行,加之液力耦合器效率等问题,造成皮带运输机运行起来非常不经济;同时由于电机无法采用软起、软停,在机械上产生剧烈冲击,加速机械的磨损;此外,皮带、液力耦合器的磨损和维护等问题都会给企业带来很大数额的费用问题。对煤矿企业的皮带输送机进行变频改造对节约社会能源、增加煤矿企业的经济效益都具有非常现实的经济意义和社会意义。

1 系统简介

皮带机又名皮带输送机、带式输送机、胶带机、胶带输送机,是一种广泛应用于矿山、化工、水泥厂的传输机械。

1.1 皮带机系统特性

煤矿皮带机的结构简图如图1所示。

输送带:常用的有橡胶带和塑料带两种,橡胶带适用工作环境温度-15~40°C,物料温度不超过50°C,向上输送散粒料的倾角12°~24°,对于大倾角输送可用花纹橡胶带,塑料带具有耐油、酸、碱等优点,但对于气候的适应性差,易打滑和老化。带宽是带式输送机的主要技术参数。

托辊:分单滚筒(胶带对滚筒的包角为210°~230°)、双滚筒(包角达350°)和多滚筒(用于大功率)等,包括槽形托辊、平形托辊、调心托辊、缓冲托辊。槽形托辊(由2~5个辊子组成)支承承载分支,用以输送散粒物料;调心托辊用以调整带的横向位置,避免跑偏;缓冲托辊装在受料处,以减小物料对带的冲击。

滚筒:包括驱动滚筒和改向滚筒,驱动滚筒是传递动力的主要部件,分单滚筒(胶带对滚筒的包角为210°~230°)、双滚筒(包角达350°)和多滚筒(用于大功率)等。

张紧装置:其作用是使输送带达到必要的张力,以免在驱动滚筒上打滑,并使输送带在托辊间的挠度保证在规定范围内。

1.2 皮带机负载特性

皮带机所带负载为恒转矩性质负载,常态下需用软起,但当出现故障满载启动时需要超过额定转矩值的转矩,启停机时需保持多台电机同步。

1.3 控制要求

以山西平遥明子煤矿2台660V/132kW电机拖动皮带机的现场要求为例,客户要求2台电机出力一样,并且不共直流母线。电机参数:额定功率132kW;额定电压660V;额定电流138A;额定频率50Hz;额定转速1480 r/min。

2 变频器选择

皮带机多机变频调速系统的核心问题是皮带系统中各电机的转速同步和转矩平衡。在实际应用中,考虑到故障停机后需要满载启动的情况,选用变频器时首先应考虑矢量控制型,多机同步又要求变频器具备很好的主从控制功能。为此,INVT-CHV190系列变频器便是最佳选择,该系列变频具备以下突出性能:

(1)起动转矩:0.5Hz/150%(SVC);0 Hz/200%(VC)。

(2)过载能力:150%额定电流60s;180%额定电流10s。

(3)调速比:1∶100(SVC);1∶1000(VC)。

(4)速度控制精度:±0.5%最高速度(SVC);±0.1%最高速度(VC)。

(5)频率设定方式:数字设定、模拟量设定、高速脉冲、多段速设定、UP/DOWN端子设定、Modbus远程通信设定、Profibus通信设定、主从方式给定、分级多段速给定。

3 控制系统硬件设计

对于132kW的皮带机,充分考虑其启动及运行时的转矩要求,可以为其放大一定档位选配变频器,选配的型号为CHV190-200G-6。现场2台电机通过2个滚子带动皮带拉煤,故选用2台相同功率的变频器,变频器之间通过主从控制模式实现同步运行。鉴于皮带机负载是柔性连接,存在一定的延展性,主从机间可以存在一定的速度误差,故主机采用速度模式,从机可以采用转矩模式,也可以采用速度模式。以从机为转矩模式为例。控制系统电气图如图2所示。

4 系统接线

整个系统对信号的采集方面比较简洁,因此接线十分方便。CHV190系列变频器在矢量控制上性能优异,只需简单的自学习就能达到对三相异步电机的精确控制,整个调试过程也变得比较简单。

主从变频器共用启动信号S1,通过相互的故障输出与启动信号构成互锁,即只要任何一台出现故障,另外一台便同时停机。

主机频率通过键盘给定,RO1输出故障信号,RO2输出电机运行信号,通过CAN总线(与RS-485总线共用端口)输出转矩控制信号给从机。

从机频率通过键盘给定,同时接收主机给的转矩控制信号跟随主机动作,其RO1输出故障信号,RO2输出电机运行信号。

5 系统调试

调试主要包括参数自学习、空载调试及带载调试3个阶段。

5.1 电机参数自学习及空载调试

现场不便完全脱开负载,需要静态参数自学习。首先确认电机类型,本项目为异步机,P2.00=0。然后输入电机的额定参数P2.01-P2.05,通过设置P0.07=2然后按RUN开始静态自学习。自学习完成后分别查看25Hz、50Hz空载运行时的输出电压是否为190V、380V。如果不是,则可以在运行中小步幅调整电感和互感值。规律是如果电压偏高,就减少,偏低则加大。一般能够调到位,如果电压相差不多,也可对空载电流稍作调整。

本项目是开环矢量模式,如果是闭环矢量,转子电阻大小受带载影响会非常大,需要根据波形手动修改寻找合适的值,根据电机差异,有些会比定子电阻小很多。

开环速度模式调试好后再试一下开环转矩模式,设置P3.12=1,通过给定不同的转矩值,观察启动波形。待正常后再作后面的步骤,否则仍然是修改电感跟空载电流这2个参数。

5.2 带载调试

先将变频器带轻载在25Hz运行,查看输出电流、电压、转速是否符合要求,然后在50Hz运行。轻载过程均正常时便可以进行正常生产过程的带载调试。该过程建议采用上位机监控软件INVT-Drive Contro监控。本项目中启动及带载启停的实际波形见图3和图4。

6 变频器参数设置

主机参数和从机参数设置分别如表1、表2所示。

7 结语

采用CHV190变频器改造后的皮带机已在山西平遥明子煤矿连续运行,运行情况良好,并体现了以下优点:

(1)速度同步,电流均衡。从机输出转矩跟主机相同,电流相当。电流显示相差5A左右(电机额定电流为138A),从机不会出现与主机速度不匹配而导致过压的现象。

(2)参数简洁。需要设置调整的参数不多,只要通信正常,非常适用于一主多从模式。

(3)优异的软起/停特性。加/减速时间(0~60min)连续可调,并可实现S型加减速,有效降低启停冲击。

(4)重载启动平稳。皮带机在运煤过程中任意时刻停机再重新启动均无问题,低频运转最大可输出1.5倍额定转矩。

CHV190变频器作为煤矿皮带机的动力驱动设备,以其高效、低噪声、大启动转矩、高可靠性、良好的调速性能、免维护等优越性在煤炭生产中有着广阔的应用前景。

摘要：INVT-CHV190变频器在煤矿皮带机上的成功应用,体现了其优异的矢量控制和主从同步控制特性。

关键词：INVT-CHV190,煤矿皮带机,主从同步控制,矢量控制

参考文献

篇6：德力西变频器在煤矿皮带机上的应用方案

【关键词】煤矿皮带系统；变频器；自动化控制

1、引言

随着电力电子技术的进步，变频器在煤矿皮带机场合的应用日渐成熟，针对皮带机系统多台电机协同控制的特点，采用多台变频器主从控制技术进行变频调速，能有效地提高煤矿生产效率、减小起动电流冲击及机械冲击、实现各电机之间的功率平衡。本文以某煤矿主井皮带机系统为例，详细阐述主井皮带机变频调速系统的实现方案。

2、系统介绍

2.1主井皮带机电控系统

该煤矿主井皮带机采用双滚筒、三驱模式。针对上述皮带机机械系统，设计了如图1所示的主井皮带机电控系统。

如图1所示，高压开关柜采用一备一用的双进线形式，进线电压等级为10kV，PT柜用于监测进线电压，馈出l连接10kV/660V的l#变压器原边，馈出2连接10kV/660v的2#变压器原边，馈出3连接10kv/380v的3#变压器原边；l#变压器副边给l#变频器BP1、2#变频器BP2供电，2#变压器副边给3#变频器BP3供电，3#变压器副边给低压配电柜供电；低压配电柜给工艺控制柜(PLC柜)及其他外围设备供电；1#、2#、3#变频器分别驱动电机A、B、C。

2.2变频调速系统

如图1所示，电控系统采用3台ABB公司生产的ACS80一04系列变频器BP1、BP2、BP3，分别拖动电机A、B、C。

ACS800一04变频器采用直接转矩控制。其控制思想为：结合检测的直流母线电压及变频器逆变部分三相开关管状态进行电压重构，得到定子三相电压；将重构得到的定子三相电压及检测的定子三相电流送至磁链模型及转矩模型中，可得定子磁链及转矩的实际值；在滞环比较器中，将定子磁链及转矩实际值分别与相应的给定值进行比较，得到PWM信号，驱动逆变部分功率器件的开通与关断，产生输出电压的SVPWM波形，控制电机变频调速。优点是在加减速或负载变化的动态过程中，可获得快速的转矩响应；选用定子磁链作为被控量，磁链模型不受转子参数的影响，增强系统的鲁棒性。

2.3自动化控制系统

煤矿主井皮带机自动化控制系统采用Siemans公司生产的S7-300可编程序控制器，通过CPU315-2PN/DP模块中MPI/DP端与变频器BP1、BP2、BP3及触摸屏TP170A组成ProfibusDP网络进行通讯，并对变频器BP1、BP2、BP3进行控制、过程数据采集监视。

3、系统实现方案

3.1变频器主从控制方式

由图1皮带机机械系统可知：电机A、B、C通过两个滚筒共同拖动一条皮带运行，电机A、B之间属于刚性连接，电机A、C之间属于柔性连接。在皮带机全速段運行过程中，应保证三台电机输出的转矩、转速均相同，进而保证三台电机输出功率相同。为此，需对三台变频器进行主从控制。

现场设置变频器BP1为主机，BP2、BP3为从机。电机A、B之间为刚性连接，此时机械结构已保证两电机的转速同步，故BP2从机采用转矩控制模式，即跟随BPI主机的转矩给定，以保证两电机承担的负载转矩平衡，进而达到功率平衡；电机A、C之间为柔性连接，此时机械结构已不能保证电机A、C同步运行的要求，此时BP3从机采用转速控制模式时，即跟随BP1主机的转速给定，同时需利用转矩下垂特性以保证电机A、C电机承受的负载转矩平衡，根据现场实际运行情况，可在参数60.06DROOPRATE中定义合适的下垂速率降。

3.2主从机通讯实现方案

多台ACS800变频器采用主从控制方式时，需为每台变频器配置一块RDCO板，它们之间通过光纤进行通讯。主机通过光纤向从机发送一个16位的控制字和一个16位的转速或转矩给定值，实现对从机的控制。一般情况下，从机不通过主从通讯链路向主机发送任何反馈数据，而将从机的故障信号连至主机的运行使能信号端，形成联锁。一旦发生故障，联锁将同时停止主机和从机的运行。

3.3自动化控制系统实现

如图1所示，自动化控制系统采用S7一300可编程序控制器对变频器进行控制PLC只向BP1主机发送信号，BP1主机再通过主从通讯链路(光纤通讯)对BP2、BP3从机进行控制；同时，主从机的过程数据反馈至PLC系统中，并在触摸屏TP170A中进行显示，以实现变频器数据的监视。

变频器通过RPBA一01ProfibusDP适配器模块与S7一300组成ProfibusDP网络。变频器参数98.07可选择通讯协议，参数组51COMMMODDATA月队中可设置通讯类型、站点地址、波特率。本方案中通讯协议为ABBDrives协议，通讯类型为PPO4，主从地址分别为3、4、5，波特率均为500Kbps。

在STEP7编程软件中，需进行DP网络硬件配置。安装RPBA一01GSD文件(ABB_0812.GSD)，选择Opera-tionmode(ABBDrives)，设置与变频器中相对应的通讯类型(PPO4)、主从站点地址(3、4、5)、波特率(500Kbps)。

此时，即完成PLC与变频器之间的通讯设置。通过PLC向BP1主机发送控制字47FH和转速给定，观察所有电机是否启动并最终按给定转速匀速运行；若需正常停车时，向BP1主机发送控制字476H，观察所有电机是否按所选择的停车方式正常停车；若需紧急停车时，向BP1主机发送控制字470H，观察所有电机是否紧急停车。

4、结语

总之，本电控系统在该煤矿运行两个月以来，状况良好。各种工况下，三台变频器输出转矩、转速、功率均平衡。因此，针对煤矿皮带机系统，采用多台变频器主从控制技术是一种理想方案。

参考文献

[l]陈伯时.电力拖动自动控制系统(第三版)[M].北京:机械工业出版社,2000.

[2]ABB公司.ACS80O标准控制程序固件手册[Z].ABB公司,2010.

篇7：德力西变频器在煤矿皮带机上的应用方案

分布式光纤温度检测系统的应用能够及时对长距离的皮带运输进行监督,不仅能够保证良好的工作质量,还不会对相关工作造成影响,保证了相关工作的开展的有效性。

1 光纤测温系统工作原理分析

分布式光纤温度检测系统在实际的工作过程中能够同时对单根光缆进行利用,能够实现对温度的监测以及信息传输。另外,还能综合利用光纤中拉曼散射效应和光时域反射测量技术获取皮带传输工作中空间温度的分布状况,保证皮带运输系统的安全。在工作过程中,拉曼散射效应能够及时地对温度进行测量,光时域反射测量技术主要是对异常温度的地点进行定位。激光光脉冲进入光纤并且传输时,由于其密度、应力、材料组成、温度、发生形变等因素出现散射,并且一部分还会向反方向传播,将其称之为背向光散射,通常来说背向光散射主要包括了:Ray Leigh散射、Raman散射以及Brillouin散射;Raman散射信号的强弱和温度存在直接的关系,并且其信号分析起来较为简单,主要表现为:一个波长较长的斯托克斯光以及一个波长较短的反斯托克斯光两种现象。另外,反斯托克斯光对于温度的变化较为敏感,所以在实际的工作过程中采用,斯托克斯光通道当作是参考通道,反斯托克斯光通道是信号通道,两者之间的合作展示了温度的绝对值,从而实现了光纤温度信息的分布式采集。

2 光纤测温系统的构成以及其功能分析

在实际的工作过程中,光纤测温系统由光纤通讯、光纤传感、信号解调、报警控制等部分构成,还分为光信号发射模块、光信号接收模块、光波分复用模块、DSP数据处理模块以及定标控温模块,另外,还由测温主机、工况机、光纤传感器、报警装置和监测系统等软件构成。

分布式光纤温度监测主机是整个系统运行的核心构成部分,能够实现光信号的发射、背向散射信号的光谱分析、光电转换、信号放大、信号处理等个工作,通常来说,测量范围大约为7km,对于温度的分辨率为0.1℃,空间分辨率为1m,能够为工作人员提供36路报警输出点,能够明确设备的运行状态、光缆的相关信息等。工况机内能够实现对本地软件的安装,实现了对相关信息的采集、数据分析,同时,还能和主机进行连接,实现和主机的通讯。

光纤温度传感器主要设置在皮带传输托辊的外部,能够实现对皮带传输带温度的实时监测,并且,具有速度快、光纤消耗小等,提高了整个系统的测量范围,还能保证测量的准确性。报警装置,主要指的是在工作过程中发声光报警信号装置,便于工作人员及时发现问题、解决问题,保证了相关工作的开展。相应的检测软件能够为工作人员提供全程的温度区域分布图,总共有6种警报类型,能够为工作人员提供准确的数据信息,能够及时对各个温度异常点进行确定,实现了对各个数据的显示以及查询。

3 实例分析

本文主要以某煤矿为例进行分析,对其井下皮带运输进行分析。该煤矿主要分为东西两翼三个采区,一共使用十三部皮带传输机,其中集中胶带运输巷主皮带运输机主要包括了四部。依据皮带运行过程中时间的差异,主要在GTPD-D1至GTPD-D4的集中运输巷四部皮带机设置相应的光纤温度监测系统,并且分别对皮带机驱动器、改向滚筒轴承、上下托辊轴承以及电机、减带机等运转轴承等一百多个部件安装了传感器,实现了各个温度状况进行实时监测,然后将其快速传输给主机,通过主机对相应的数据信息进行分析。温度测量主机通常都设置在井下,然后通过光纤终端盒端口接出2根感温光缆,沿着皮带机回程托辊进行设置,然后才采用夹子将其固定在各个托辊外部,在引出光缆沿皮带机下面设置相应的温度检测设备。监测主机能够通过对以太网口的利用,实现数据的传输分析。如果监测到温度的变化,能够及时对相应的信息进行传输。此系统在实际的工程过程中,其测量范围是7km,能够满足多路感温光缆。另外,相应的探测光缆都采用多模光纤,并且采用低烟无卤阻燃外护套材料,内部有加强芯提高抗拉抗压强度,光缆在安装过程中,由于其柔软性较强,便于安装,同时,具有较好的传导性以及抗腐蚀性。

该系统在实际的运行过程中,其主要的功能包括了显示功能、警报功能、查询功能、报表功能、分析功能。

工作过程中,显示功能能够实现对整个系统的温度状况进行监督,显示出相应的温度变化的曲线。另外,还能显示出整个煤矿的温度分布图以及温度曲线;报警功能;此种设备主要分布在皮带传输测量范围内的各个区域,对一些重点位置进行监测,依据煤矿的不同状况设置不同的分区定温以及温度临界点预警,明确报警值以及相应的地理位置,能够设置光纤断裂报警以及设备异常的报警;查询功能,在能够实现对相应的数据信息进行查询,还能及时对相应的表格进行打印;工作人员能够在系统图书直接对设备的运行信息、数据信息等进行统计;所谓的报表功能主要是通过对数据技术进行利用,能够依据用户的实际需求对相应的报表进行打印;所谓的分析功能主要是依据系统的历史数据对温度的发展趋势进行有效评估,为工作人员提供相应的参考信息。

4 总结

在煤矿企业发展过程中,分布式光纤测温系统在煤矿皮带运输机上的应用,不仅能够保证良好的工作质量,还能保证煤矿企业的安全发展。在实际工作过程中,工作人员应该从实际出发,严格按照相应的要求进行操作,设置合理的监测点,才能保证监测数据的合理性,才能相关工作的开展,保证我国煤矿企业的持续发展。

参考文献

[1]冯金义,等.分布式光纤测温系统在煤矿皮带运输机上的应用[J].科技创新与应用,2012,26:120.

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[3]单亚锋,等.分布式光纤测温系统在煤矿火灾监测中的应用[J].传感技术学报,2014,5:704-708.

篇8：德力西变频器在煤矿皮带机上的应用方案

关键词：变频器 皮带输送机 软启动 节能

0 引言

新查庄公司上仓强力皮带担负着全矿的煤炭运输任务，运输量大，运行时间长，该皮带机的安全运行直接影响矿井生产任务能否顺利完成。该皮带机原传动方式为液力偶合器配合行星减速机使用，启动电流大，启动时对机械部分磨损严重甚至损坏，且皮带加载时间短，容易引起皮带张力变化，影响皮带寿命，由于是多电机驱动，很难做到多电机驱动功率平衡[1]。2008年我矿对该皮带进行了技术改造。改用变频控制。通过近两年的运行使用，运行安全稳定可靠，产生了较好的经济效益。

1 原控制方式及使用情况

该皮带机为DX3型，带宽B=1000mm，带速V＝2.5ｍ/ｓ；设计运输能力:700t/h；配用电机型号YB355M2-4，功率：3×250KW,电压660V；巷道倾角0～7°；输送带长度890ｍ。通过液力偶合器偶合减速机来驱动主副滚筒，然后通过滚筒与皮带间的摩擦力来带动皮带运行。初期投入虽然不高，但维护费用较大。另外因设备处于回风巷内，液力偶合器维护不好常常漏油，存在很大的安全隐患。

2 改造方案

将原控制方式改为变频电控方式，采用3台高性能矢量控制型变频器控制3台电动机，构成主从驱动系统，通过各类传感器采集设备的运行状态信息，配合控制系统完成所有的工艺控制和保护功能。

2.1 控制系统

本系统由主控台、变频柜、电源柜和制动柜组成，安放于控制室内。该主控台采用技术先进、性能可靠的可编程控制器，配以多种检测、控制组件完成输送机运行过程中应有的设备闭锁控制、速度闭环控制、各种安全保护和工作状态显示。司机可操作控制台上的操作按钮来控制皮带输送机的运行，并通过指示灯、人机界面了解输送机的运行状态及运行参数。通过操作面板和触摸屏的操作，可对控制方式和运行状态进行设定，监视输送机的运行状态和运行参数的设置[2]。

2.2 系统特点

2.2.1 本电控装置可以任意设定皮带的起动时间和运行速度，在很大程度上避免了直接起动给设备带来的机械冲击。

2.2.2 任意的速度调节给检修、更换皮带等带来了很大的方便，同时结合现场的煤量情况可以降频使用，节能效果非常明显。

2.2.3 主控台通过实时检测输送机的速度，控制输送机在零速时制动器动作，自动抱闸，避免了输送机的溜车和变频器、电机过流。

2.2.4 采用变频器完成电机的启动调速，可实现带式输送机的平稳启动和调速要求外，在长时间低速运行（如验绳、验带）状态下，具有明显的节能效果。

2.2.5 系统具备全面的故障监测、可靠的故障报警保护功能。具有过电压、过电流、欠电压、短路、接地、过热等多种保护功能。

2.2.6 具备低速验带功能。验带速度为0.2米/秒～VE额定速度可调[3]。

3 改造后的运行情况

3.1 真正实现了皮带运输机系统的软起动

运用变频器对皮带运输机进行驱动，运用变频器的软起动功能，将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一，通过电机的慢速起动，带动皮带机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害[4]。

3.2 实现皮带机多电机驱动时的功率平衡

应用变频器对皮带机进行驱动时，采用主从控制，实现功率平衡。

3.3 降低设备的维护量

变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。相应的降低了维修费用。

3.4 方便皮带检修

采用变频调速后，可将皮带机运行速度降到很慢，解决了以前由于皮带机运行速度过快而难于检修皮带的问题，提高了皮带的检修效率。

3.5 节约能源

采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.9以上，大大节省了无功功率。采用变频器驱动之后，电机与减速器之间是直接硬聯接，中间减少了液力偶合器这个环节。因而采用变频器驱动后，系统总的传递效率可提高5%～10%。在变频运行中，在运煤量不大的下或空载的情况下，可将皮带机的运行速度降低，也可节约一部分电量。

4 经济效益

4.1 节约电能

皮带机电机功率为3×250kW，平均每天运行12h左右.原设计采用直接起动，起动后电机全速运行，而井下煤仓下煤量达不到皮带运输机的运输能力，故皮带上煤量不足，这样很不经济，浪费电能。使用变频器对拖动电机进行变频调速后，皮带运输机按实际需要功率出力，把变频器输出频率设为39Hz～40Hz，电机转速比工频速度适当降低，就可以使皮带运行速度与井下煤仓下煤量相匹配，同时降低了运行电压和电流，减小电能消耗。据矿井统计，变频调速运行比直接工频运行可节约电能10％～15％。

4.2 节省维修费用

原设计采用电机直接起动，不能调速，起动过程对电网、电机和传动机械设备冲击较大，加剧了机械设备的磨损，缩短了设备使用寿命，同时也缩短了设备维修周期，增加了停产检修次数。直接起动也造成控制设备如真空接触器、开关等的频繁更换，这都增加了维修费用，停产检修也造成煤炭产量的损失。而采用变频器后，可以实现皮带运输机软启动，对电网和机械传动设备基本无冲击，大大延长设备使用寿命。自2008年10月投运至今近两年，一直稳定运行，除正常清洁维护外，没有发生停产检修故障，这无疑节约了维修成本又保证生产不受损失。

4.3 有效减少人力资源、降低了设备的维护量

变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。同时，利用变频器的软起动功能实现带式输送机的软起动，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机系统机械部份的检修量。除正常清洁维护，没有大量的维修工作，故不必配备许多设备维修人员。变频器操作简单方便，运行稳定可靠，每班只需1人值班操作即可，节约了人力资源，相应也提高了生产效率[5]。

5 结束语

防爆变频调速装置投入运行后，我矿整个上仓强力输送机系统及驱动电机的事故明显下降，既延长了整个胶带输送机系统的使用寿命，同时又保证了正常生产和生产安全，经济效益和社会效益明显。

参考文献:

[1]郭永存.头部双滚筒分别驱动胶带输送机电机功率配比的研究[J].煤矿机械.1995年03期.

[2]韩安荣.通用变频器及其应用技术[m].北京:机械工业出版社.2000.

[3]吴耀伟.皮带机软启动装置PLC控制方法[J].《科技资讯》.2011年04期.

[4]魏蕾.基于PLC及变频调速器的多电机控制研究[D].大连交通大学.2010年.

[5]李良仁.变频调速技术与应用[M].电子工业出版社.2004.