四象限變頻器在下運膠帶輸送機制動系統中的應用

朱偉

摘 要：該變頻器采用IGBT做整流橋，不單單能修正輸入的功率因素，避免電網污染，讓變頻器的運營更加生態環保，更為重要的是把電動機所返回形成的能量輸出回電網還可以實現綠色環保的目標。

關鍵詞：四象限；變頻器；軟啟動；調速；節能；功率平衡

中圖分類號：TH222 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）08-0120-01

永煤公司新橋煤礦南一采區膠帶上山全長1 095 m，最大傾角為18.05 °，平均傾角11.74 °，平均運量為800 t/h。該部膠帶機驅動控制系統采用三臺唐山開誠型號為ZJT 1-315/1140的四象限315 kW變頻器。該變頻器逆變側給出了三種操作接口以便對變頻器進行參數設定、啟動＼停止控制、給定速度等操作。該變頻器具有很好的調速、節能性能，采用軟軟啟動控制方式，不僅僅能夠降低對裝置的機械沖擊，使得裝置的使用年限更長，同時該變頻器基本不需要維護，節省了人力，減輕了工人的勞動強度，提高了經濟效益。使用IGBT作為整流橋不單單能修正輸入的功率因素，避免電網污染，讓變頻器的運營更加生態環保，更為重要的是把電動機所返回形成的能力輸出回電網還可以實現綠色環保的目標。

1 變頻器的功能特點

1.1 優越的軟啟動、軟停止特性

膠帶輸送機驅動系統的主要目標就是實現軟啟動與軟停止。從材質來看，膠帶其即為擁有彈性的物體，特別是其在負載運行的過程會產生一定的慣性，從而增加啟動加速度與停止減速度的數值。在這一情況下，膠帶上所匯集的能量機會增加，因此在釋放該能量的過程中將會對該機械系統形成巨大的能量沖擊。然而這一變頻器裝置可以隨意控制啟動與停止的時間。另外，基于穩定膠帶輸送機的平穩啟動，還可匹配其具備的S型加減速時間，通過此種方式可將膠帶輸送機起停時產生的沖擊減至最小。S型加減速曲線，如圖1所示。

1.2 平穩的重載啟動

膠帶輸送機在運煤過程中可能會因為某種原因（比如人力按下急停按鈕、前部膠帶機聯鎖停機、保護動作等）出現重載停機現象，再重啟的過程中就需要兼顧到重載啟動。鑒于變頻器的所采用的控制方式下低頻運轉可以輸出2倍左右的額定轉矩。所以，在這一情況下重載啟動相對恰當。

1.3 功率平衡

目前礦井中所使用的膠帶傳輸設備所使用的大部分都是雙滾筒驅動裝置。在這一結構中各個驅動滾動都配置有相應的電機來提供動力。基于進一步滿足交代傳輸設備內部結構的同步，各個變頻器可以利用互聯網通訊來進行連接，從而獲得數據與信息之間的交互。隨意設置其中一臺為主機，主機就會根據系統所設定的參與來運作，并且將自身的功率、轉矩等指標利用互聯網通訊傳遞給其他設備，其他設備就可能干根據主機的數據指標來靈活修正自身的數據指標，從而實現功率平衡。

2 變頻器啟動與直接啟動的比較

2.1 啟動特性比較

我們知道電動機的轉速計算公式為：

n=ns×（1-s）=■

從公式中可以看出，電動機轉速調節主要通過調整頻率實現，因此，只需調節電機電源輸入頻率即可以實現電動機的調速。從而可以方便地實現帶式輸送機的軟啟動，且可以實現“S”型加減速曲線，保證在加減速的拐點位置對系統仍沒有沖擊。而直接啟動無法實現軟啟動的功能。調節電機電源輸入頻率，實現S型加減速曲線，如圖2所示。

2.2 啟動電流比較

我們知道電機直接啟動時，啟動電流為額定電流的5～7倍。而采用變頻器，電機的啟動電流一般為額定電流的2倍左右，最大時僅可能達到3倍以下的額定電流，電機的電流即為變頻器的輸出電流。比如說啟動頻率為5 Hz時，此時變頻器的輸入電流為：

I入=■×2IN=■

電機側電流比較小，可以有效保護電機；同時，變頻器對電網沖擊非常小。而直接啟動不僅啟動電流大，對電機有損害，同時對電網沖擊也非常大。

2.3 對機械系統的沖擊。

由于變頻系統啟動為“S”型曲線，加速度曲線平滑，啟動及運行過程平衡，對機械系統沖擊非常小。

而直接啟動對機械系統沖擊非常大，皮帶接頭、卡子、托輥、架子等容易造成損壞，不但增加維修費用，還因此造成停產而使礦上增大損失。

2.4 重載啟動

在系統處于重載時，直接啟動可能會無法啟動，即使能啟動起來電流也非常大，對電網沖擊很大。采用變頻驅動的時候，在0.5 Hz的時候即可達到2倍的額定轉矩，能夠實現重載啟動，且啟動電流比較小，對電網幾乎沒有沖擊。

2.5 功率平衡

對于多機驅動的帶式輸送機，由于滾筒直徑、減速機減速比、電機轉速、滾筒圍包角等等數據的不同，多臺電機出力不可能平衡。直接啟動時這種不平衡是通過維護工調節液力耦合器來進行調節的，無法實現真正意義上的自動調節，而變頻器調速系統可以實現自動功率平衡，更好地解決功率平衡。

2.6 功率因數

直接啟動系統效率較低，功率因數也較低，一般在0.8以下，而采用變頻調速系統功率因數可以達到0.95以上，可以很大的減少系統的無用功。

3 效益分析

使用變頻器驅動解決了膠帶輸送機運輸過程中的負力問題，變頻器運行在發電狀態時，其能量回饋電網，達到很好的節能效果；解決了膠帶輸送機運行過程中的速度失控問題，實現了膠帶輸送機運行全過程的啟動、制動和速度控制，保證了膠帶輸送機的正常運行；解決了機械系統及電氣系統的沖擊問題，延長了設備的使用壽命；其無級調速特性使膠帶機起動及停止過程平穩，減少了皮帶竄動、跑偏、灑煤等現象，減少了工人的勞動強度。

4 結 語

對南一采區下運膠帶輸送機制動系統的研究，成功應用的礦用隔爆兼本質安全型四象限變頻調整裝置實現膠帶機的制動，該裝置由變頻調速單元、IGBT、PLC、隔爆型外殼、冷卻系統、諧波抑制系統等組成。可以提供過流、過壓、欠壓、過熱和缺相等多種保護功能，采用自封閉式強制水循環冷卻+風冷的散熱方式，解決了大功率元件的散熱問題，設備的使用壽命長；有效解決了膠帶輸送機運輸過程中的負力問題，能量回饋電網，達到很好的節能效果，值得推廣。

參考文獻：

[1] 余江.大傾角巷道下運膠帶輸送機制動系統的改進[J].山東煤炭科技，

2009，（6）.