变频器在矿建皮带运输系统中的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇变频器在矿建皮带运输系统中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

[摘 要]本文针对矿下皮带运输系统的实际运行特点，提出了使用矿用变频器改善系统运行状况的方案。文章从矿用变频器的基本原理与独特优势入手，并结合矿用变频器的实际使用情况，阐述了矿用变频器可对皮带运输系统进行高效、节能、稳定以及智能化的控制，从而改善并提高皮带运输系统的整体运行性能。

[关键词]变频器；皮带运输系统；节能；智能

中图分类号：TD634.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0246-02

引言

在我国的能源结构构成中，煤炭占据着举足轻重的地位。随着近年来煤炭产业的不断发展，人们对煤炭生产的整体环境提出了更高的要求，安全、高产、自动化、智能化的煤炭生产方式已经逐渐引起煤炭行业从业者的重视。此外，随着煤炭生产力与生产需求的提高，各种矿用设备的容量逐渐加大，这无形中对相应的电力拖动系统提出了新的挑战。

在诸多的矿用设备中，皮带运输系统是煤炭生产过程中不可或缺的一个环节，其运作方式将在很大程度上影响煤矿的产量。因此，以何种方式控制皮带运输系统并实现高效生产便成为了具有现实意义的问题。通常情况下，拖动皮带运输系统的矿用电机会保留较大的裕量，这将使得皮带在大部分时间里无法处于满载的运行状态，而长时间的轻载甚至空载运行将会导致非常严重的电能浪费。

变频器的产生为解决上述问题提供了新的思路、开辟了新的方向[1-4]。近年来，随着电力电子、微电子、计算机等相关行业的飞速发展，交流变频器相关技术的发展也得到了质的飞跃，其优越的调速性能已经可以媲美直流电机，同时，交流变频器可观的节能效果为其在煤矿领域的大范围推广与应用奠定了良好的基础。

本文结合辽宁荣信防爆电气的矿用变频器（下文中简称为矿用变频器），首先简要说明变频器的基本原理，之后介绍矿用变频器的优势。本文第四部分将通过具体的应用实例阐述矿用变频器在中煤五公司一处施工的母杜柴登矿的实际生产中所具有的价值。

1 矿用变频器的基本原理

变频器的发展很大程度上取决于电力电子器件的发展，随着高性能功率器件的面世，变频器的性能得到了一次又一次的提升。矿用变频器使用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为逆变的核心器件，采用交-直-交的方式实现变频功能[5]。IGBT具有驱动功率小、饱和压降低、响应速度快、器件容量大等特点，因此变频器的整体性能十分优越。图2-1为矿用变频器的简要原理框图。

如图2-1所示，矿用变频器由两个主要环节构成，分别为整流环节与逆变环节。

整流环节由二极管构成，其作用为将交流电源提供的电能整流为直流电，该直流电作为后续逆变环节的母线电压。在整流环节与逆变环节之间采用电容器来抑制电压的波动，以此得到平稳的母线电压。

逆变环节由IGBT构成，其工作方式由数字控制器来操控。在数字控制器的控制下，IGBT将母线提供的直流电逆变为不同频率的交流电，并将逆变出的交流电供给电机使用，以此实现对电机进行变频控制的目的。矿用变频器采用空间电压矢量 （SVPWM）的控制方式，这种控制方式具有很高的母线电压利用率，同时可以减小电机的转矩脉动，在整体性能上优于正弦波脉宽调制（SPWM）的控制方式[6]。

2 矿用变频器的优势

矿用变频器以IGBT为逆变核心，采用性能优越的数字信号处理器（DSP）作为控制器。将矿用变频器用于煤矿皮带运输系统上，除了具有显著的节能效果外，还具有诸多优势。这部分将对矿用变频器的一些主要优点进行简要介绍。

2.1 软起动与软停机特性

电机在以工频直接启动的情况下，会产生4-7倍额定电流的冲击，这种冲击不仅会对电网产生一定程度的影响，同时对电机本身也会造成严重的损伤，从而缩短电机的寿命。

在矿用变频器的驱动下，电机能够以平稳的速度逐渐升速至额定频率，即所谓的S型加速，在电机停机的过程中也采用S型减速的方式平稳降频。采用这种升降速方式可以大大降低电机在启停过程中产生的电流冲击，对电机起到了很好的保护作用，延长了电机的使用寿命。

矿用变频器除了可以实现上述的软起软停功能外，更重要的是矿用变频器在启动过程中可以输出理想的转矩，从而提高传动系统的效率。这一优势是现有的软启动设备所不具有的。

2.2 智能调节转速

对于皮带运输系统而言，当皮带上的煤量较大时，应提高电动机的转速以将煤炭快速运输至生产的下一环节，以免因电机转速过低导致皮带上的煤炭堆积，最终引发意想不到的生产事故。相应的，当皮带上的煤量较少时，电机处于轻载、甚至是空载运行的状态，在这种情况下，电机若仍以较高的转速运转，会造成十分严重的电能浪费。

矿用变频器能够实时监测电机的负载，根据不同的负载状况对电机转速进行智能地调节。当煤量较大时，矿用变频器自动提高电机转速，以合理的速度将煤炭快速输送；当煤量较小时，矿用变频器又自动地降低电机转速，以达到节能的目的。这种智能调节转速的方式实现了真正意义上的无人值守操作，同时也在很大程度上改善了矿井下的电能浪费情况及电压的质量。

2.3 功率平衡功能

井下某些皮带运输系统需要多台电机进行驱动。对于这种情况，各台电机在启停过程中应该保持同步，同时，一旦某台电机出现故障，整个驱动系统应该停止运作，以免故障扩大化。除了上述要求外，为了达到理想的运输效率，还应该使多台电机之间的功率达到平衡。

当采用多台矿用变频器分别驱动不同的电机时，矿用变频器之间以通讯的方式传递各自设备的运行参数。每台矿用变频器的控制系统都会根据接收到的通讯数据对所控制电机的转速进行智能地调节，从而实现多台电机之间的功率平衡。

2.4 智能保护与自诊断功能

矿用变频器在对电机进行驱动的过程中，会监测很多重要的电气参数，例如矿用变频器的输入、输出电流，母线电压等。对这些参数进行实时监控，可以在第一时间检测到矿用变频器的异常运行状态，从而快速、智能地采取相应的保护措施，以免对电机甚至是矿用变频器自身造成严重的损坏。