變頻軟啟動在刮板輸送機上的應用

摘 要：本文介紹了高壓變頻器驅動刮板輸送機電控方案，通過此方案，分析了變頻軟啟動裝置的運行過程，以及在現場的使用情況，并對運行的狀況進行了探討，該研究在自動化領域有著廣闊的前景。

關鍵詞：變頻軟啟動；刮板機；應用

中圖分類號：TD528.3文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2018）01-0098-03

Application of Frequency Conversion Soft Start on Scraper Conveyor

CAO Yubo

（Huainan Mining Industry（Group）Co.，Ltd.，Equipment Leasing Branch，Huainan 232001，China）

Abstract：This paper introduces drive scraper conveyor control scheme of high voltage frequency converter，through this scheme，analyzes the operation process of variable frequency soft start device，and use in the field，and the operation conditions were discussed，the research has broad prospects in the field of automation.

Keywords：frequency conversion soft start；scraper；application

隨著3300V變頻器的發展，集團公司中、重型刮板機逐漸由過去的雙速電機+摩擦限距器或閥控充液型液力偶合器作為軟啟動方式，改為變頻軟啟動方式。

1 高壓變頻器驅動刮板輸送機電控方案

1.1 總體說明

目前我國國內現有的綜采工作面礦用中低功率（單電機功率為315kw～855kw）刮板輸送機往往選用雙速電機，采用高低速開關切換的方式進行軟啟動。中低功率的刮板輸送機采用高低速軟啟動存在切換過程中機械沖擊較大，容易發生斷鏈等情況，起動過程對刮板輸送鏈的磨損較大，往往一個工作面生產結束，就必須對刮板輸送鏈進行更換。

針對現有機械軟啟動的缺點，提出了采用中壓變頻軟啟動的方案。采用變頻軟啟動，只需在工作面組合開關及電機間增加一臺變頻器即可。

降低了機頭部分的體積及電纜敷設量，變頻啟動為電軟啟動，不存在磨損情況。在啟動過程中，變頻器可發揮出電機的最大啟動轉矩，保證了壓煤情況下，可靠的啟動刮板輸送機。

1.2 設計依據及設計原則

1.2.1 本電控系統設備符合下列標準的規定和要求

（1）《煤礦安全規程》；

（2）《交流電機半導體變頻調速裝置總技術條件》（GB12668-1990）；

（3）《電控設備 第二部分：裝有電子器件的電控設備》（GB/T3797-1998）；

（4）《電能質量公用電網諧波》（GB/T14549-1993）；

（5）現行國家電工委員會及其它有關標準；

（6）進口電氣設備遵守國際電工委員會IEC標準；

（7）變頻調速裝置的靜動態性能指標完全滿足大功率刮板輸送機機的運行要求。

1.2.2 設計依據

1.3 變頻器驅動刮板機電控方案

采用兩臺BPJV-1250/3.3礦用隔爆兼本質安全型高壓變頻器分別驅動機頭及機尾電機，兩臺變頻器做功率平衡的電控方案（如圖1所示）。

說明：

（1）考慮簡化列車布置，可以采用1臺3150kVA容量的移變帶兩個變頻器；

（2）如果考慮以后接續工作面還可能繼續延長（如接近300m），或接續工作面傾角變大的情況，可以考慮采用BPJV-1600/3.3變頻器，方案中移變則無須變動。

變頻器放置于順槽內，上級變壓器可以使用原普通變壓器，無需特殊的移相變壓器。變頻器采用四電平技術，大大降低了輸出波形中損壞電機絕緣的高次諧波。

由于刮板輸送機機頭及機尾電動機額定參數差異及鏈條節距變化、輸送機上負載分布變動及鏈條張力變化（引起節距變化），在刮板輸送機運行過程中存在嚴重的電動機功率不平衡問題，不能充分發揮配置功率的作用。井下測試結果表明，機頭機尾兩傳動部電動機的輸出功率呈交替變化，刮板輸送機總輸入功率遠低于配置功率，但對單臺電動機而言，又存在短時頻繁超載現象。對于超重型刮板輸送機，負載不均勻問題會更加突出。而由于鏈條傳動的多邊形效應、鏈道的縱向起伏和水平彎曲，刮板輸送機運行中的刮卡、沖擊現象非常嚴重和頻繁。以上刮板輸送機的運行特性，都對機頭及機尾的功率平衡提出了更高的要求。我公司的變頻器采用轉矩-轉速雙同步控制模式，即保證機頭及機尾的電機速度接近，輸出轉矩在限定范圍內調節，較好的解決了功率平衡的問題。

1.4 雙速電機與單速變頻電機的比較

刮板輸送機采用變頻器控制時，可以選擇雙速電機及單速變頻電機，其優缺點如下所示：

1.4.1 雙速電機的優點

（1）與原設備通用，在變頻系統發生故障時，可以切換到工頻系統繼續工作。

（2）雙繞組，高低速互不影響。高速繞組發生問題的時候，可以用低速繞組。

1.4.2 雙速電機的缺點

（1）單臺電機需要準備兩路電纜，電纜的敷設、安裝都較為麻煩。

（2）雙速電機為兩套繞組，加上敷設的兩套電纜，系統價格較高。

（3）雙速電機的高速繞組在設計時未考慮重載啟動（低速繞組完成重載啟動），高速繞組的最大轉矩較低。造成變頻器驅動高速繞組時，重載啟動轉矩不足，難以完成重載啟動。

1.4.3 單速變頻電機的優點

（1）專為配套變頻器設計，線圈繞組耐壓值較高，較為適合變頻器遠程供電的要求。

（2）單繞組，只需敷設一根電纜，整體使用成本較低。

（3）轉為重載啟動優化，配套變頻器使用可以發揮出最大2.5倍的額定轉矩。

1.4.4 單速電機的缺點

單繞組，在變頻器發生故障時，難以通過工頻電源正常啟動。

1.5 電流源與電壓源變頻器區別

電流源與電壓源變頻器本就是同一種技術的兩種實現方式，從根本上區別：

（1）濾波元件不同。電壓源為電容，電流源為電感；

（2）目前國內大形勢。國內變頻器幾乎一邊倒都是電壓源型，除了采用美國AB公司機芯的開誠外；

（3）從用戶角度看，功能透明，完全不用考慮形式；

電壓源變頻器在低壓產品方面是壓倒性的主流，在1KV以上高壓產品方面也是主流，這是不爭的事實，預計將來的局面也不會改變，這是因為電壓源變頻器的性能通用性強，適用于各種不同要求的負載，設計、生產技術也比較成熟。

2 變頻器運行過程

（1）首先，給定變頻器的“運行頻率”，比如：30Hz；確認變頻器的“加”“減”速時間正確；

（2）啟動：點擊變頻器或遠程集控中心的“啟動”按鈕，變頻器將按設定的“加速時間”加速運行，經過加速時間后，到達運行頻率；

（3）停止：若變頻器為“自由停機”模式，點擊變頻器或遠程集控中心的“停止”按鈕，變頻器立即停止運行，電機將自由停止若變頻器為“受控停機”模式，點擊變頻器或遠程集控中心的“停止”按鈕，將按設定的“減速時間”減速運行，經過減速時間后，到達停止頻率，變頻器停止運行；

（4）急停：突發情況時，點擊變頻器“急?！被蜻h程用戶的“急停閉鎖”按鈕，變頻器將立即停止運行，并切斷變頻器“高壓電源”但高壓配電裝置不會分段；突發狀況排除后，按上述流程4、5變頻器重新投入運行；

（5）復位：當變頻器觸摸屏有“故障或報警”顯示，可以嘗試通過該按鈕，解除變頻器的“故障或報警”，使變頻器恢復正常；若無法通過該按鈕解除“故障或報警”時，請查詢“故障報警”處理方法，進行排查，變頻器正常后，方可操作變頻器開始工作。

3 變頻器使用情況介紹

3.1 基本情況

刮板機用變頻器分為變電變頻器和高壓變頻器，見圖2。其中變電變頻器結構為變壓器與變頻器為一體結構，井下6KV或10KV電源接入專用高壓配電裝置，經過變電變頻器，輸出3.3KV電源控制刮板機電機。淮南礦業集團張集礦1312（1）工作面SGZ1000/1400型刮板機即采用該種變頻器。

圖2 刮板機用變頻器分類

高壓變頻器又分為6脈沖和12脈沖變頻器。區別為變頻器輸入電壓不同，配套移變輸出接口也不同。其中6脈沖變頻器為單輸入接口，輸入電壓為3300V；12脈沖變頻器為雙輸入接口，輸入電壓為2×1700/1905V。

恒洋電器變頻器除張集礦1312（1）工作面SGZ1000/1400型刮板機采用變電變頻器以外，其他變頻器均為6脈沖高壓變頻器；青島天信和平安開城變頻器均為12脈沖高壓變頻器。

3.2 變頻器使用中存在問題及解決措施

（1）潘三礦1632（3）工作面：SGZ1000/2000型刮板機，采用恒洋電器BPJV-1600/3.3型變頻器，在回采初期因為工作面機尾片幫、掉頂嚴重，存在壓車，啟動不起來現象。片幫、掉頂現象得以控制后，刮板機正常運行。

（2）顧北礦1522（1）工作面：SGZ1000/1710型刮板機，采用博城（與恒洋同類型產品相同）BPJV-1250/3.3型變頻器。自2017年5月初回采以來，一直存在非正常停車現象，故障顯示過載和過流。已于2017年7月31日更換2臺BPJV-1600/3.3型變頻器，目前運行正常。

（3）謝橋礦2111（3）工作面：SGZ1000/1710型刮板機，采用平安開誠BPJV-1250/3.3（B1）型變頻器，2017年6月19日開始回采，在2017年12月4日無法啟動，后經多方面檢查，為整流橋水冷板變形導致不能有效散熱，致使IGBT模塊燒毀，后更換整流橋水冷板，問題得到解決。

3.3 變頻器運行結果

出現問題的變頻器為恒洋電器6脈沖高壓變頻器及平安開誠12脈沖高壓變頻器。潘三礦1632（3）工作面在片幫、掉頂得以控制后，刮板機已正常運行；顧北礦刮板機變頻器出現問題后，經技術人員多方調試仍無法解決，考慮可能為產品質量問題，更換新的變頻器后運行正常；謝橋礦刮板機變頻器在更換整流橋水冷板，問題得到解決。

4 結 論

變頻器作為一種軟起動設備，在各行各業中應用廣泛，其節能、省力、易于控制等特點已成為企業增加效益的一條有效途徑，在自動化領域有著廣闊的前景。

參考文獻：

[1] 李敏.變頻調速技術在刮板輸送機中的應用 [J].能源與節能，2016.

[2] 王亞濱.重型刮板輸送機可控啟動裝置控制系統研究 [J].太原理工大學，2016.

作者簡介：曹玉波（1982.01-），男，漢族，河北邢臺人，工程師，本科。研究方向：煤礦機電設備。