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交流变频调速装置在煤矿皮带输煤机系统上的应用 【作者：樊磊
杜凯
整理：李占标】
摘 要：交流变频调速装置在煤矿皮带输煤机系统上的应用。煤矿皮带输煤机机械负载大，且不稳定。而传统的调速系统比较落后。采用变频调速技术先进，运行可靠、安全，节能。论文关键词：变频调速
煤矿输煤机系统是煤炭生产过程的重要环节，皮带输煤机系统每天运行时间长，负载重，担负着输煤的重要职责。平煤集团是50---60年代建设的老企业，采用的输煤机设备已较陈旧。输煤机皮带在固定的轨道上往复运行，同时通过棍轮的传动将煤炭在输煤皮带上运送至预定的位置。平煤集团的输煤机转速调节设备一般采用电磁调速异步电动机，通过电磁转差离合器来实现调速的方法称电磁调速。电磁调速异步电动机（俗称滑差电动机）是一种交流无级调速设备。电动机采用组合式结构，由拖动电动机、电磁转差离合器和测速发电机等组成，测速发电机是作为转速反馈信号源供控制用。这类电动机的无级调速是通过电磁转差离合器来实现的。在实际运行中存在以下问题：
（1）采用滑差调速速度损失大，因为电磁转差离合器本身转差较大，所以输出轴的最高转速仅为电机同转运的80%～90%；
（2）滑差离合稳定性差，电控线路复杂故障多，维护检修工作量大；
（3）调速过程中转差功率全部转化成热能形式的损耗，效率低；主要通过增加转差功率的消耗来换取转速的降低，因而效率较低；
（4）输煤机工作环境粉尘很大，经常发生转差离合器被粉尘填塞、卡死现象，故障率高，严重影响系统的可靠运行；（5）原有电气控制部分线路因多年运行已不能满足现有生产运行的要求，需更换。
基于上述原因，平煤集团应决定对输煤机进行改造。我们提出了采用变频调速技术进行改造的方案。变频调速是通过改变供给电动机的供电频率，来改变电机的转速，从而改变负载的转速。变频调速器是利用电力半导体器件的通断工作将工频电源变换成另一频率的电能控制装置。异步电动机用变频调速器的原理是将交流顺变成直流，平滑滤波后再经过逆变回路，将直流变成不同频率的交流电，使电机获得无极调速所需的电压、电流和频率。变频调速具有效率高、调速范围宽、精度高、调速平稳、无级变速等优点。变频器按主电路分为电压型和电流型：
电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；
电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路的滤波是电感。1 方案说明
1.1 按照平煤集团设备的技术要求，设计方案选用国产变频器，是磁通矢量控制方式变频器。输煤机起动转矩大，低速时属大力矩输出，负载变化剧烈。而一般的V/F控制、转差频率控制的变频器无法满足其要求。而磁通矢量控制方式是将定子电流分解成产生磁场的电流分量和与磁场相垂直产生转矩的电流分量，分别进行任意控制，二者合成的定子电流供给电动机，因而采用磁通矢量控制方式的变频器，调速范围宽、过流抑制能力强、转矩控制性能好，尤其可以控制静转矩。
变频器有以下功能: 磁通矢量控制 V/F控制方法，IGBT晶体模块，转差补偿控制，瞬时掉电再启动（15ms）,高启动转矩（1HZ时150%），低噪音运行，自动保护功能齐全，在设计中将变频器AM的模拟信号输出（0-10V）用“维博”直流电压传感器转换为一路4-20mA控制信号,将该信号接至输煤程控系统经转换后直接在输煤程控系统控制画面上显示，便于运行、维护人员观测设备的运行状态。变频器操作面板为FR-PU04-CH,设计中通过PU连接线将此操作面板安装在控制柜操作板上，便于操作。电机则更换为变频调速电机，型号为YVP-xxx-4-315kw。（或215、260kw）1.2 为解决输煤机机构与行走机构电气上有互锁功能的问题，我们选用了日立公司的系列PLC（小型可编程序控制器）替代原继电器控制回路，使系统接线简洁明了，同时提高了系统可靠性，便于操作、维护。日立电气为适应小型独立机器的控制推出的一款性价比较高的紧凑型控制器。体积小巧，功能强大，通过设计PLC程序，日立 PLC不仅在系统中控制着输煤机的往复行走动作，且输出设备运行状态，对于故障状态如变频器故障、行走长时间未到行程开关位置都会自动输出报警信号，并停机。在电气设计上设置就地控制和远程控制两种工作模式，当选择就地控制（手动工作方式选择开关，此信号联接输煤程控系统）时，输煤机构停止运行时，通过控制回路互锁，行走机构将不能运行，手动启动输煤机构正常运转后变频器将输出控制信号（控制中间继电器触点串联于行走机构手动控制回路中），然后可通过选择手动操作按钮使行走机构动作。当选择远程控制（自动工作方式选择开关，此信号联入输煤程控系统）时，输煤系统程控给予的启动信号作为启动输煤机构的必要条件（无源接点容量为直流24V，2A，同时可以通过DC4-20mA电流信号输入进行变频器频率设定。）当输煤机运行后，通过变频器输出运行信号（继电器输出信号，230VAC，0.3A）给输煤程控系统,当需要输煤机行走运行时,程控系统给出向前或向后的远方输入信号给行走控制部分,行走机构按操作指令运行。
1.3变频器各种自动保护功能齐全，过电流断路、再生过电压断路、电压不足、瞬时停电、过负荷断路失速防止、散热片过热、制动晶体管报警、接地过电流，输出短路，主回路元件过热等等，当出现上述故障时，变频器自动保护停止运行并通过接点输出方式输出（230VAC，0.3A）信号给程控系统，同时可输出控制柜报警灯指示。2 改造后效果
采用变频器调速系统改造后的输煤机，重载低速起动可靠、运行稳定，加减速时间的设定使各挡起制动速度相当平稳，控制精度高。输煤机的工作状态及变频器的频率显示、给定都能在输煤程控系统画面上一目了然或操作。采用PLC的控制，大大减少了控制柜的中间元件和减少了繁杂的布线，减少了故障点，使系统的可靠性进一步提高。经过一段时间的试运行，证明完全解决了设备原有问题，为输煤系统正常运行提供了有力的保障。3 结语
输煤机变频调速系统对电机冲击小，调速性能优良，节能效果显著，减少了维修工作量，提高了工作效率。参考文献：
[1] 日立 PLC系统手册，编程手册.[2] 电气工程师手册.
