變頻器在煤礦膠帶運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用與常見故障分析

摘 要：帶式輸送機是煤礦井下和地面生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種連續(xù)運輸設(shè)備，它具有運輸能力大，運輸距離長，安全可靠等優(yōu)點。隔爆變頻器，通過改變頻率和電壓來控制交流電動機轉(zhuǎn)速，對膠帶運輸機等設(shè)備進行調(diào)速控制，并實現(xiàn)對負(fù)載動態(tài)調(diào)節(jié)。現(xiàn)場實踐證明，采用隔爆變頻器后將大大提高皮帶機的安全運轉(zhuǎn)可靠性，降低機械系統(tǒng)損耗，減少日常維護量，節(jié)能明顯。隔爆變頻器以其特有的軟啟動特性，較高的性價比，已成為井下皮帶機拖動的發(fā)展方向。但遺憾的是在礦山應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)還很不普遍。主要原因是人們對變頻器的認(rèn)識不夠，不能正確地應(yīng)用變頻器。

關(guān)鍵詞：變頻器；煤礦；應(yīng)用；故障分析

中圖分類號：F32 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2012.04.028

文章編號：1672-0407(2012）04-059-02 收稿日期：2012-03-20

1.變頻器在皮帶機拖動上的應(yīng)用特點

1.1 優(yōu)越的軟起動、軟停止特性

隔爆變頻器的起動、停止時間是任意可調(diào)的（0-10min），也就是說起動時的加速度和停車時的減速度任意可調(diào)，同時為了平穩(wěn)起動，還可匹配其具備的S型加減速時間，這樣可將皮帶機起停時產(chǎn)生的沖擊減少至最小，這是其他驅(qū)動設(shè)備難以達到的。

1.2 驗帶功能

煤礦的生產(chǎn)運輸系統(tǒng)多以皮帶機為主，運輸系統(tǒng)檢修維護的主要工作是皮帶機的檢修維護，低速驗帶功能是皮帶機檢修的主要要求，變頻調(diào)整系統(tǒng)為無極調(diào)速的交流傳動系統(tǒng)，在空載驗帶狀態(tài)下，變頻器可調(diào)整電機工作在5~100%額定帶速范圍內(nèi)的任意帶速。

1.3 平穩(wěn)的重載起動特性

皮帶機在運煤過程中任意一刻都可能立即停車再重新起動，必須考慮“重載起動”能力。由于變頻器采用無速度傳感器矢量控制方式，低頻運轉(zhuǎn)可輸出1.5~2倍額定轉(zhuǎn)矩，因此最適于“重載起動”。

1.4 功率平衡特性

煤礦井下皮帶機系統(tǒng)多為雙滾筒驅(qū)動或多滾筒驅(qū)動，為了保證系統(tǒng)內(nèi)的同步性能，首先，要求位于機頭的各滾筒應(yīng)同步啟停，在某一電機故障時能使系統(tǒng)停機，同時為了保證系統(tǒng)的運輸能力，應(yīng)盡量保證各滾筒之間的功率平衡。通過調(diào)整相應(yīng)兩變頻器的速度給定來調(diào)整兩電機之間的速度差，便可以任意增大或減小兩驅(qū)動電機的電流差值的大小，因此可以通過單獨的控制系統(tǒng)控制各電機的電流值，通過調(diào)整各電機的速度來使各電機電流值逐步趨于平衡，這便形成了一個動態(tài)的功率平衡系統(tǒng)。

1.5自動調(diào)速、節(jié)電效果明顯

對應(yīng)于煤礦的特殊生產(chǎn)條件，有時，煤的產(chǎn)量是極不均勻的，當(dāng)然皮帶機系統(tǒng)的運煤量也是不均勻的，在負(fù)載輕或無負(fù)載時，皮帶機系統(tǒng)的高速運行對機械傳動系統(tǒng)的磨損浪費較為嚴(yán)重，同時電能消耗也較低速運行大的多，但因生產(chǎn)的需要皮帶機系統(tǒng)又不能隨時停車，采用單獨的控制系統(tǒng)對前級運輸系統(tǒng)的載荷、本機運輸系統(tǒng)的載荷進行分別測量，這樣可控制變頻器降速或提前升速。對于載荷不均的皮帶機系統(tǒng)，可大大節(jié)約電能。

1.6 降低膠帶張力

由于采用隔爆變頻器所產(chǎn)生的良好起動特性，至少可降低起動張力30%，如在初期設(shè)計選擇膠帶強度時可降低一個標(biāo)號。在實際應(yīng)用過程中，由于降低了起動沖擊，皮帶機機械系統(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。

1.7具有工頻轉(zhuǎn)換功能

為了不影響生產(chǎn)，萬一有故障，可以轉(zhuǎn)換到工頻旁路工作，檢修時間維護變頻器。在生產(chǎn)需要長期全速運行時，變頻器起動后也可選擇切換到工頻運行，這樣可延長變頻器內(nèi)電解電容壽命。

2. 變頻器的故障原因及預(yù)防措施

變頻器由主回路、電源回路、IPM驅(qū)動及保護回路、冷卻風(fēng)扇等幾部分組成。其結(jié)構(gòu)多為單元化或模塊化形式。由于使用方法不正確或設(shè)置環(huán)境不合理，將容易造成變頻器誤操作及發(fā)生故障，或者無法滿足預(yù)期的運行效果。為防患于未然，對故障原因進行分析尤為重要。

2.1主回路電解電容故障分析

主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容器、濾波電容器、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器等元件組成。其中許多常見故障是由電解電容引起。電解電容的壽命主要由加在其兩端的直流電壓和內(nèi)部溫度所決定，在回路設(shè)計時已經(jīng)選定了電容器的型號，所以內(nèi)部的溫度對電解電容器的壽命起決定作用。電解電容器會直接 影響到變頻器的使用壽命，一般溫度每上升10 ℃，壽命減半。因此一方面在安裝時要考慮適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度，另一方面可以采取措施減少脈動電流。采用改善功率因數(shù)的交流或直流電抗器可以減少脈動電流，從而延長電解電容器的壽命。在電容器維護時，通常以比較容易測量的靜電容量來判斷電解電容器的劣化情況，當(dāng)靜電容量低于額定值的80%，絕緣阻抗在5 MΩ以下時，應(yīng)考慮更換電解電容器。

2.2主回路過電流跳閘故障分析

變頻器在加速、減速或正常運行時出現(xiàn)過電流跳閘。首先應(yīng)區(qū)分是由于負(fù)載原因，還是變頻器的原因引起的。如果是變頻器的故障，可通過歷史記錄查詢在跳閘時的電流，超過了變頻器的額定電流或電子熱繼電器的設(shè)定值，而三相電壓和電流是平衡的，則應(yīng)考慮是否有過載或突變，如電機堵轉(zhuǎn)等。在負(fù)載慣性較大時，可適當(dāng)延長加速時間，此過程對變頻器本身并無損壞。若跳閘時的電流，在變頻器的額定電流或在電子熱繼電器的設(shè)定范圍內(nèi)，可判斷是IPM模塊或相關(guān)部分發(fā)生故障。首先可以通過測量變頻器的主回路輸出端子U、 V、W， 分別與直流側(cè)的P、N端子之間的正反向電阻，來判斷IPM模塊是否損壞。如模塊未損壞，則是驅(qū)動電路出了故障。如果減速時IPM模塊過流或變頻器對地短路 跳閘，一般是逆變器的上半橋的模塊或其驅(qū)動電路故障；而加速時IPM模塊過流，則是下半橋的模塊或其驅(qū)動電路部分故障，發(fā)生這些故障的原因，多是由于外部灰塵進入變頻器內(nèi)部或環(huán)境潮濕引起。

2.3 控制回路故障分析

控制回路影響變頻器壽命的是電源部分，是平滑電容器和IPM電路板中的緩沖電容器，其原理與前述相同，但這里的電容器中通過的脈動電流，是基本不受主回路負(fù)載影響的定值，故其壽命主要由溫度和通電時間決定。由于電容器都焊接在電路板上，通過測量靜電容量來判斷劣化情況比較困難，一般根據(jù)電容器環(huán)境溫度 以及使用時間，來推算是否接近其使用壽命。電源電路板給控制回路、IPM驅(qū)動電路和表面操作顯示板以及風(fēng)扇等提供電源，這些電源一般都是從主電路輸出的直流電壓，通過開關(guān)電源再分別整流而得到的。因此，某一路電源短路，除了本路的整流電路受損外，還可能影響其他部分的電源，如由于誤操作而使控制電源與公共接地短接，致使電源電路板上開關(guān)電源部分損壞，風(fēng)扇電源的短路導(dǎo)致其他電源斷電等。一般通過觀察電源電路板就比較容易發(fā)現(xiàn)。

3.結(jié)束語

變頻調(diào)速技術(shù)以其特有的優(yōu)越性必將在煤礦膠帶運輸系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。筆者針對變頻器的現(xiàn)場常見故障進行了分析并提出了預(yù)防措施。希望讀者能通過本文了解到變頻調(diào)速器的特性，為正確使用變頻器提供借鑒意義。