變頻一體機在綜放工作面的應用

梁輝 杜洪生 劉坤

摘 要：針對礦用刮板輸送機的驅動特點，從供電電源、電機設計到多機驅動動態功率平衡三方面介紹了變頻一體機的技術特點，并分析了3.3kV電壓等級刮板輸送機雙速電機、液力耦合器、軟啟動、變頻器和變頻一體機驅動的特點。通過對比分析，認為變頻一體機是未來刮板輸送機驅動技術的發展趨勢。

關鍵詞：刮板輸送機；變頻一體機；動態功率平衡；變頻器

中圖分類號： TD634.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）17-0000-00

1 概述

隨著煤礦裝備技術的發展，礦用刮板輸送機的驅動技術也經歷了雙速電機、軟啟動，液力耦合器，變頻驅動幾個發展階段。變頻驅動技術是新興技術，近幾年在煤礦應用廣泛。而變頻一體機又是在變頻器的基礎上將變頻器和電機結合到一體進行一體化設計，既承襲了變頻驅動的技術優勢同時又解決了分體式變頻器驅動電機存在的問題，是未來煤礦變頻驅動的發展趨勢。本文從技術角度全面分析變頻一體機驅動技術的特點。

2 變頻一體機的系統組成

2.1一體機電氣組成及工作原理

變頻一體機電氣系統由變頻部分和電動機部分組成。其中變頻部分又分為主回路、主控單元、驅動單元、顯示單元組成。變頻部分采用電壓源型交-直-交變頻拓撲結構。主回路3300V電源經接觸器、電抗器進入6脈沖整流單元，然后通過電力電容濾波穩壓，再經由IGBT組成的逆變單元將直流電逆變為頻率、電壓均可調的交流電（即VVVF電源），電氣原理如圖1所示。

圖1一體機電氣系統原理圖

2.2工作面系統組成

變頻一體機應用于綜放工作面刮板輸送機系統主要有刮板機、減速機、一體機、控制箱、集控臺組成。本文以棗礦集團田陳煤礦7118工作面前后溜2×525kW/3300V一體機應用配置來講。前溜刮板機采用高壓一體機驅動，后溜刮板機采用雙速電機驅動。工作面長度200米，綜采放頂煤采煤工藝，煤層厚度為1.4米～8.5米，平均厚度4.8米，設計采高3.2米。系統布置如圖2所示。

圖2綜放工作面刮板輸送機系統布置圖

前溜刮板機一體機供電電源直接采用常規3300V移動變電站供電，KTC101集控臺給控制箱啟停信號，控制箱通過CAN總線給一體機發送啟停命令和功率平衡調節命令，所有一體機的運行數據也通過CAN總線發送給控制箱集中顯示。后溜雙速電機經由組合開關給電機供電，KTC101集控臺給組合開關啟動信號，組合開關控制后溜電機低速啟動，然后自動切換到高速運行。

2.3 變頻一體機的技術特點

2.3.1 3300V電源供電

變頻一體機直接采用3300V單路電源供電，與井下常規供電系統用移動變電站兼容。而傳統3300V變頻器供電電源是2×1903V，需要配備特種移動變電站，這是與傳統變頻器的最大區別，降低了供電復雜度。變頻一體機對前級供電電源的供電距離無特殊要求，便于實現遠距離供電。傳統3300V變頻器對前級供電電源的供電距離都有要求，最長不能超過200米，限制了遠距離供電場合的應用。

2.3.2 變頻與電機一體化設計

通常電機生產廠家在設計電機時，不能根據變頻器的驅動特點對電機進行有針對性的設計，變頻器廠家在變頻器設計時也無法兼顧到所有廠家的電機性能參數，因此很難保證變頻器與電機的完美匹配。變頻與電機一體化設計，在電機設計之初就會充分考慮到變頻的PWM波形對電機絕緣的影響。對電機線圈采用變頻電機專用耐電暈電磁線，浸漬線圈的絕緣漆也采用能耐受電暈腐蝕的高品質絕緣漆提高線圈繞組對局部放電的耐受力。

其次，在電機生產時采用真空壓力浸漆（VPI）技術，減少線圈內部產生的氣泡，降低電暈電離空氣后產生的臭氧對絕緣漆的腐蝕[2]。

變頻與電機一體化設計，變頻逆變輸出到電機的引接線非常短，降低了諧波在輸出電纜上的電壓反射。同時輸出電纜被密封在防爆殼體內部，將變頻諧波產生的干擾屏蔽在殼體內部，避免了對外界設備的電磁干擾。

2.3.3 多機驅動功率平衡

根據刮板輸送機多機驅動的特點，變頻一體機主從機控制模式都是轉矩控制模式。采用轉矩控制最大的優勢就是轉矩響應速度快，特別適合于隨機大負載波動的刮板輸送機系統。從機采用PID調節跟隨主機轉矩，轉矩響應時間小于10ms，保證了主從機間的動態功率平衡，功率不平衡度小于2%。圖3的曲線是神東補連塔煤礦12520工作面三臺3300V 1200kW一體機的運行曲線圖，三臺一體機的轉速和電流曲線幾乎是重合的。

3 變頻一體機與其他幾種驅動方式的對比

刮板輸送機屬于鏈式輸送系統，用于長運距，大運量場合。在煤礦綜采工作面，受前級皮帶運輸系統，工作面運輸設備聯動等諸多因素的影響，使得生產存在隨時停機的不確定性，同時由于片幫、漏頂等不確定因素的存在，使得刮板輸送機對重載啟動要求較高。3.3kW系統刮板輸送機的整機裝機功率一般都在1000kW-4800kW之間，存在著啟動時的機械沖擊和電氣沖擊較大的難題。如何消除機械和電氣沖擊，同時又保證重載啟動是對驅動設備的基本要求。以下就簡單對比一下前文所說的幾種驅動方式的技術特點，如表1所示。

4 結語

通過上文的敘述，可以看出變頻一體機在刮板輸送機驅動系統具有調速性能好，啟動轉矩大，運行穩定可靠，功率平衡度好，免維護等優勢。在煤礦輸送機驅動系統，變頻一體機替代變頻器是一個發展趨勢。目前3300V變頻一體機已廣泛應用于神東集團、兗礦集團、淮南礦業、晉煤集團、山東能源等多個礦井。3300V/1200kW變頻一體機在神東榆家梁煤礦更是創造了連續運行6個工作面，過煤量2500萬噸的記錄，而世界最大功率的3300V/1600kW變頻一體機也在上灣煤礦8.8米大采高成功應用，這些都印證了變頻一體的強大優勢。

參考文獻

[1]青島中加特變頻電機有限公司.YJVFG系列礦用隔爆兼本質安全型高壓變頻一體機使用說明書[D].青島：青島中加特變頻電機，2017.

[2]張振偉.礦用隔爆型變頻一體機設計與分析[D].山東大學碩士論文，2015.

收稿日期：2018-07-11

作者簡介：梁輝（1983—），男，漢，山東棗莊人，本科，中級工程師，研究方向：機電自動化。