高壓變頻一體機在煤礦刮板輸送機上的應用分析

陳瑞，焦陽，黨帥，高衛紅

（陜煤集團神南產業發展有限公司，陜西 神木 719300）

刮板輸送機經過很長時間的發展，它的驅動方式正在不斷更新。現階段，常用的驅動方式除了雙速電機及變頻加電機直接驅動外，還有電機加CST驅動。對變頻器驅動的刮板輸送機來說，該技術在煤礦生產行業的應用時間不算很長，能在變頻驅動前提下對驅動的方式進行更深層次的優化，因此，對高壓變頻一體機的應用進行研究意義重大。

1 高壓變頻一體機的構成和工作原理

高壓變頻一體機的電機的重要組件組成包括電機組件以及變頻組件，而變頻組件的主要構成除了顯示屏與主電路外，還有控制電路與驅動電路。高壓變頻一體機的電氣系統的主要構成如下文所示。

1.1 主回路部分

主回路的變頻組件要想實現，需要對電壓型“交-直-交”的變頻拓撲結構進行利用。電源在經過接觸器以及電抗器后，會經有六脈沖整流，隨后利用電力電容來完成濾波穩壓操作，之后利用IGBT的逆變電路實現由直流電到交流電的逆變，不但能夠達到頻率可調的目的，而且可以實現電壓可調目標。

1.2 控制電路部分

對變頻部分來說，控制電路可謂其心臟，控制電路不但能夠對信息進行處理、可以對信息進行控制，而且可以對指令進行發送，能夠實現實時采集電路信號的目標，并且能夠運算并處理采集的電路信號，進而可以變為IGBT所能夠驅動的信號。對控制電路來說，其作用有以下兩方面：首先，能夠完成數據的交換，完成數據交換操作需要對光纖以及驅動單元進行利用。其次，可以完成對信息的顯示，能夠將收集并處理過的信息輸送至顯示屏，由顯示屏來顯示信息，而且可以對外部下達的指令進行接受，以實現控制高壓變頻一體機的目標。

1.3 驅動電路部分

對驅動單元來說，它能夠預先處理系統電流、系統電壓和系統的溫度信息，而且可以接受來自主控器IGBT觸發信號，能夠對此觸發信號進行保護，可以隔離并放大PWM信號，能夠使用光纖信號實現控制目標，控制的內容包括IGBT的導通時間以及IGBT的關斷時間。

1.4 外部的循環水冷系統部分

對電氣系統來說，外部的循環水冷系統是其關鍵構成、外部的循環水冷系統能夠在電氣系統的照常運行中起到非常關鍵的作用，可以為其運行提供保障。外部的循環水冷系統能夠利用直供管路實現供水目標，可以進行開放式直排，不過應該經過減壓處理操作，直供管路的供水壓力不能超過3MPa,其每分鐘的水流量不能低過30L，水的溫度不能超過25℃。對附屬電路來說，其作用除了變頻器操作外，還有控制電路和保護電路，其重要構成除了直流接觸器與壓敏控制器外，還有輸入及輸出電路。

1.5 顯示器部分和指示燈部分

高壓變頻一體機的非驅動端的正面除了具備直流母線的電壓指示窗外，還具備顯示窗，顯示窗的內部利用LED顯示屏，該LED顯示屏具有很高的耐溫性，不但可以對主控器所下達的實時信息進行接收，而且能夠對接收的實時信息進行顯示。在高壓變頻一體機照常運行的情況下，可以利用顯示屏顯示的實時參數除了有直流母線電壓的參數和變頻輸出電流的參數外，還有輸出功率的參數以及電機轉速的參數，如果高壓變頻一體機出現故障，在此情況下，顯示屏還能夠對出現故障的相關信息進行準確顯示，而且可以有針對地使用相關的保護措施。此外，高壓變頻一體機同時具備DC指示窗，關于直流母線的帶電與否，能夠利用它左邊的LED燈與右邊的LED燈給出指示。

2 刮板輸送機的使用過程中變頻調速控制的應用

刮板輸送機在應用時，由于煤層發生變化或者刮板與鏈條產生疲勞，鏈條與刮板常常應該進行截短操作、增加操作、更換操作。在此工作環節中，刮板輸送機在運行過程中應該保障轉速較低，在抵達指定位置后，刮板輸送機會停止工作并且進行抱閘。對此工作過程來說，要想完成通常會使用刮板輸送機的配套的液壓馬達。由于性能以及安全的緣故，此功能不能在雙速電機驅動方式、液力耦合器驅動方式以及變頻器驅動方式中做到，不能達到取代液壓馬達的目的。

在應用了高壓變頻一體機后，加上對減速機的機械制動裝置的應用，可以達到取代液壓馬達的目的。要想達到取代液壓馬達功能的目的，應該具備的條件如下：首先，電機的運行轉速應該非常低。高壓變頻一體機因為變頻器與電機是集成于一體的，其低速性能和變頻器與變頻電機相加的方法相比，高壓變頻一體機的低速性能要更好。高壓變頻一體機能夠在每分鐘100轉的低速狀態下平穩運行。其次，高壓變頻一體機擁有直流抱閘功能。在對直流抱閘保持的功能進行應用后，能夠把電機的轉子保持在零速狀態下。如果速度給定與電機的速度都下降至預設電流保持速度下，則在此情況下，傳動單元能夠讓電機停止工作，而且可以把直流注入電機中。如果速度給定又大于直流保持速度，在此情況下，傳動單元會再次在正常的狀態下運行。最后，對高壓變頻一體機來說，它的直流抱閘性能加上減速機的機械制動裝載，無論是功能性還是安全性，都可以符合現場操作的標準。

3 變頻一體機在驅動刮板輸送機過程中的鏈條保護性能

就常規刮板輸送機來說，其驅動方式通常是在電機與減速機間加上摩擦限矩器，通過這樣的方式對電機傳送至減速機的轉矩進行限制，從而防止刮板輸送機的鏈條會在過轉矩狀況下被拉斷。而高壓變頻一體機使用的是直接對轉矩進行控制的方法，電機的輸出轉矩是被控量，也就是說，電機輸出的轉矩值為能夠利用變頻部分進行控制的。對高壓變頻一體機的輸出轉矩進行限制，就是摩擦限矩器的功能。所以，如果刮板輸送機對高壓變頻一體機驅動進行應用，就不必額外增加轉矩限制設備了。

4 應用高壓變頻一體機所產生的經濟效益

（1）在刮板輸送機上應用高壓變頻一體機能夠實現節省電能的目標。對刮板輸送機來說，它在使用時，常常會出現啟停車過于頻繁的問題，如果使用工頻直接啟動的方式，就會出現浪費電能的問題。如果刮板輸送機對進行高壓變頻一體機進行應用，就可以避免由于啟車過于頻繁導致的浪費電能問題。此外，應用高壓變頻一體機能夠使電機的功率因素得到提升。（2）在刮板輸送機上應用高壓變頻一體機，能夠避免刮板輸送機對電網造成的沖擊。如果利用工頻啟動的方式，在此情況下，對電網造成的沖擊會隨著電機功率的增大而增加。在使用現場，工作人員通常會對錯時啟動方法進行應用，以達到降低電網沖擊的目的。而在在長距離供電的情況下，需要使電機電纜截面積得到增加，從而實現使啟動狀態下的電壓降得到降低的目標。以上均會使設備投入以及資金投入不斷加大。而在應用了高壓變頻一體機后，能夠消除刮板輸送機對電網的沖擊，而且在對電纜進行選擇的過程中僅僅需要對電纜耐壓以及電纜載流量進行考量。（3）在刮板輸送機上應用高壓變頻一體機能夠降低原本不會發生的磨損，能夠使設備的可使用時長得到增加。對刮板輸送機來說，它在運行時會嚴重磨損刮板以及鏈條。在鏈條不斷磨損的背景下，斷鏈風險越來越大。在對高壓變頻一體機進行應用后，能夠按照采煤機的位置以及運煤量，對刮板輸送機在運行時的速度進行隨時調節，能夠使磨損刮板以及鏈條的問題得到緩解。（4）在刮板輸送機上應用高壓變頻一體機，具有使用簡單與使用方便的優勢。在對高壓變頻一體機進行應用后，能夠對軟啟動方式進行替代，比如，高低速切換啟動與液力耦合器啟動。將電機與減速器進行直連，使用起來比較簡便。高壓變頻一體機能夠在2Hz下運行，對刮板輸送機在使用時的檢修工作來說，原本應該利用絞車和液壓馬達，而高壓變頻一體機擁有低速檢修的模式，能夠對液壓馬達之類的附屬設備進行替代。（5）高壓變頻一體機的轉矩保護性能可以減少在附加的轉矩保護設備上的投入。

5 結語

對煤礦行業的采煤生產工作來說，刮板輸送機這一設備較為傳統，它的驅動方式會伴隨科技進步與經濟發展發生變動。對現階段的驅動方法來說，利用高壓變頻一體機進行驅動非常先進。刮板輸送機這一運輸設備在煤礦下進行使用時的條件非常復雜，而且環境較為惡劣，而在應用高壓變頻一體機之后，可以幫助其他設備的變頻驅動積累經驗，能夠促進煤礦自動化，并且進行高效生產。