礦用變頻調速器的選型

邱立財

（龍煤集團雙鴨山分公司雙陽煤礦，黑龍江 雙鴨山 155137）

1 前言

隨著變頻技術的日趨成熟，其在各個領域的應用越來越廣泛，在煤礦也得到了推廣并且越來越受歡迎，可能成為煤礦機械調速的主要技術。在我礦采用變頻調速技術的機械設備隨處可見:提升絞車變頻調速裝置、電機車變頻調速裝置、膠帶運輸機變頻調速裝置、鋼絲繩牽引皮帶運輸機變頻調速裝置等，這些變頻調速裝置調速性能穩定、維護量小、節電、事故少。其中電機車變頻調速裝置是由機械生產廠家選型，其余設備變頻調速裝置均由用戶自己選型。變頻調速裝置選型是相當重要的環節，如選型不當，不但不能發揮其使用效能，而且還可能使設備無法運行，影響生產。以下是我們幾年來變頻調速裝置選型的經驗總結。

2 斜井提升機變頻調速裝置的選擇

礦上斜井提升機對變頻控制系統的要求:

（1）適應頻繁啟動、停止、換向要求；

（2）要求啟動轉矩大，可以重載起動；

（3）下行車時在負載力矩作用下能自動進入發電回饋運行狀態；

（4）能按照給定的速度圖運行；

（5）對于采區變頻調速裝置還必須達到防爆要求。

2.1 斜井單鉤提升機變頻調速裝置的選擇

（1）斜井單鉤提升機運行特點

①下放空車時通常是在負載力矩作用下運行，電動機一般是工作在再生發電運行狀態；

②由于鋼絲繩重力的作用，在一個提升循環內負載變化較大。

（2）斜井單鉤提升機變頻調速裝置的選擇

根據斜井單鉤提升機運行特點，其電氣控制系統應選用具有如下功能的變頻調速裝置:

①具有自動回饋功能。當下放空礦車或下放物料時在負載力距作用下，電動機進入再生發電運行狀態，所發電能自動回饋到電網。

②具有較硬的機械性能。當電動機負載變化時其轉速保持不變或變化極小。

據此應選用四象限帶有回饋功能的無速度傳感器矢量控制通用變頻器。帶有回饋功能的變頻器主回路。就目前而言，高壓6000V變頻器價格較高，且高壓變頻器還沒有達到成熟階段，應盡量選用電壓相對較高的660V的變頻器。現在以我廠井上一付絞車為例:該下山絞車為單鉤提升，主要提升貨載是矸石，還負擔下料任務，提升機型號為JK2－30型，滾筒直徑3m，電機功率為400kW，額定提升速度3m/s，我們選用了400kW防爆變頻調速裝置，經一年運行效果良好，與同類提升機轉子串電阻調速相比節電14‰。

3 皮帶運輸機變頻調速裝置的選擇

3.1 皮帶運輸的特點

（1）皮帶機轉動慣量大，啟動困難；

（2）啟動次數較少，啟動后等速運行時間較長；

（3）一般都采用多電動機拖動，煤礦井下采用雙電動機拖動；

（4）皮帶機多數設在采區，一般都有防爆要求。

3.2 皮帶運輸機變頻調速裝置的選擇

（1）控制方式的選擇。控制方式一般采用一臺變頻器控制一臺電動機即“一控一”方式，這種控制方式能使兩臺電動機出力均衡，不至于出現一臺電動機超載而另一臺電動機欠載。

（2）變頻調速裝置的選擇。

皮帶機變頻調速裝置的選擇應考慮兩種情況:

第一種情況:向上山運輸和平巷運輸，根據皮帶運輸的特點應選用具有轉矩控制功能的高功能通用變頻器，這種變頻器電動機機械特性硬度高，低速過載能力大，具有過電流抑制功能。

第二種情況:向下山運輸，當坡度超過負6度時，應選用帶有回饋功能和轉矩控制功能的具有四象限運行特性的通用變頻器。向下山運輸，在負載重力作用下電動機工作于再生發電運行狀態，選帶回饋功能的變頻器可以將電能回饋給電網，可以回收大量電能。

當皮帶機采用雙電動機拖動時，選變頻器還應考慮兩電動機驅動的滾筒線速度速度一致問題，當出現兩電動機驅動的滾筒線速度不一致時會出現一個電動機帶動另一個發電機發電，變頻器直流母線電壓升高，超壓保護動作，使得空載時皮帶機不能運行，解決辦法是兩臺變頻器采用共直流母線，即兩個變頻器直流側并聯，或者選擇帶制動單元的變頻器。

4 鋼絲繩牽引皮帶機變頻調速裝置的選擇

4.1 鋼絲繩牽引皮帶運輸機（以下簡稱鋼帶機）的特點

（1）鋼帶機作為礦井主提升設備，既提升煤炭又兼運送人員，要求運行速度穩定；

（2）運輸距離長裝機功率大，機械系統的轉動慣量大，啟動時附加功率大；

（3）鋼帶機作為礦山固定設備，一般將拖動裝置設在井上或設在井底車場附近，因此不需隔爆；

（4）鋼帶機是系統設備，其運行的可靠性十分重要，要求保護裝置齊全可靠。

4.2 鋼帶機變頻調速裝置的選擇

根據以上特點應選擇帶有以下功能的通用變頻調速裝置:

（1）帶有無速度傳感器矢量控制功能；

（2）帶有制動單元，在交接班運送人員出現負力時使電動機輸出制動力，鋼帶機在負力作用下也能平穩運行；

（3）具有大的啟動力矩，低轉速或堵轉時電動機輸出轉矩可以達到額定轉矩的1.5倍；

（4）可以與工業計算機配套實現鋼帶機的各種保護功能。

4.3 選型實例

我礦二段主機就是選用了帶有制動單元的無速度傳感器矢量控制變頻調速裝置，功率2×500kW。該鋼帶機全長2200m，雙500kW電動機拖動，巷道坡度12.5度，運行速度2.36m/s，運輸能力實測達500T/h，其保護裝置采用了可編程控制器（工業計算機）控制，到現在為止已經運行了7個月，沒出現一次故障，做到了免維護，通過實踐證明這種選型是正確的。

4 變頻調速裝置額定容量的確定

變頻調速器額定容量確定必須保證該設備在最差條件下能可靠運行，首先要求在選擇電動機時要留有充分裕量，而變頻器的額定電流可選擇略大于同容量電動機的額定電流，即

式中，Pd—電動機功率，kW；f1富裕系數，可取1.3～1.5；f2負載不均衡系數，可取1.3～1.5；Pz負載功率計算值，kW；Pq設備啟動時增加的功率，kW。

式中，Ib變頻器額定輸出電流；Id電動機額定電流。

在實踐中電動機的容量富裕系數f1、負荷不均勻系數f2的選取應視設備種類而定，對于提升機，其使用化境較好可取小值，對于皮帶運輸機和鋼帶機使用環境較差可取大值。在充分考慮了電動機容量富裕系數和不均勻系數后，變頻器的富裕量不必太大，其容量與電動機等同也可以。

變頻器容量選擇實例:我礦－150東采區主運第一、二臺皮帶機全長分別為1650m、1570m，計算所需電動機功率為130kW，而實際應用時配用兩臺110kW電動機，采用兩臺110kW變頻器控制，至今已經運行五年，無故障發生，充分顯示了加大電動機和變頻器功率對運行的可靠性的重要作用。這樣選擇初期投資較大，但實際應用中無故障，沒影響生產時間，完全可以彌補投資增大的部分。

5 結束語

綜上所述，礦山設備采用變頻調速技術選型是相當重要環節，必須予以重視。選型不當，不但不能發揮變頻調速技術的優越性，而且還可能造成不必要的損失，尤其是既有正力運行又有負力運行的設備更應引起我們的重視。只要我們充分重視變頻器選型工作，吸取以往成功經驗和失敗教訓，變頻調速技術一定會在煤礦得到普及，發揮越來越大的作用。