浅谈变频启动器在煤矿带式输送机上的应用

浅谈变频启动器在煤矿带式输送机上的应用

陈玉1甄枫杰1贾静丽2肖藏岩2

陈玉1甄枫杰1贾静丽2肖藏岩2（1.神华北电胜利能源有限公司；2.河北理工大学轻工学院）

摘要：结合本人在神华北电胜利能源公司实际工作经验，阐述了在带式输送机系统中使用CST软启动技术时设备维护保养存在的问题。提出了将变频器调速驱动技术应用于带式输送机中的必要性，并详细介绍了变频启动器技术的工作原理、较之其它软启动的优点以及变频技术应用于带式输送机传输中的重要意义。

关键词：煤矿带式输送机CST变频启动器调速

1CST在带式输送机使用中存在的问题

目前很多的煤矿企业的带式输送机一般采用CST机械式软驱动设备。CST之所以能得到广泛的应用，是因为它自身具有三大优点：平滑起动停车性能、功率平衡控制以及主电机空载顺序起动。

虽然CST有如变频器一样实现了多驱动器之间的协调控制，使带式输送机在轻载及重载工况下，均能有效控制其柔性负载的软起动/软停车动态过程，实现各驱动之间的功率平衡，降低直接起动/快速停车过程对机械和电气系统的冲击，但是它同时存在着效率低、故障率偏高、维护保养复杂、工作环境差、不能调速运行、线性度不好等缺陷，而且由于启动加速度大，导致带式输送机持续波动、张力特性较差，无法对长距离输送的动态优化和安全启动提供有效的保证。

在实际的应用中，由于CST本身的监控点比较多，在一定程度上增大了设备的监护，但是故障点自然也想的增加，设备的维护保养相对也比较大。例如我们要定期去更换系统滤芯、Y型滤芯、呼吸器滤芯，定期去检查频繁启动的循环油泵电机接触器触点，定期对比例阀放大器进行校准，否则可能由于温度、振动及其它环境的影响，放大器的比例、零位会产生一定的偏移，导致比例阀特性超出整定的范围，影响我们正常的生产，因此定期维护是确保系统的可控性能必要条件；再者，CST输出轴速度传感器由于设备的振动，传感器探头与测速轮齿之间的间隙会增大，造成设备运行中速度检测信号丢失，致使设备停车；三是内蒙古锡林郭勒盟地区昼夜温差较大，特别是冬季，晚上经常是-30°左右，CST起车时经常因为出现冷却流量超低故障而不能正常起车，即便设备运转过程中因为环境温度的影响，CST循环泵电机频繁运转，造成冷却泵电机、循环泵故障率偏高，严重影响了正常的生产计划。

另外，CST前期投资偏大，润滑保养维护保养比较复杂，故障率偏高等都严重影响了生产效率，特别是对油温要求比较高，致使循环油泵、电机长时间运转，不但浪费能源，而且造成电机、循环泵、接触器触点故障率偏高，通过分析比较，带式输送机系统使用变频器相对比较合适。

2变频技术及其优越性

随着电力电子技术的发展，变频技术在近20年得到了飞速的发展，中高压变频技术已经成熟，变频技术在冶金行业获得了广泛的应用。把直流电转换为交流电的装置被称为逆变器，而把直流电源逆变为频率、电压均可调的逆变器即为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要用于三相异步电动机的速度调整，故又被叫做变频调速器。目前所使用的变频器通常采用交-直-交变频方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源供给异步电动机。

变频器应用于带式输送机类恒转矩负载的调速驱动过程，优化了带式输送机的启停特性，具有启动冲击小、可靠性高、调速范围宽、节能、维护比较方便等特点。其优越性表现在以下几个方面:一是软起动性能好。起动时无任何冲击电流，起动电流从零开始，缓缓达到工作电流，并且起动转矩很大，完全可以实现带式输送机重载时的顺利起动。二是调速范围宽，可实现无级调速。通过改变电源的频率，带式输送机机可实现任一速度(额定速度范围内)运行，保证了生产的需要。三是节能效果好。由于起动电流小，低速时所需电流也小，因此可实现大量节能。四是安装方便、维护量小且操作简单。

3变频器工作原理

3.1变频器调速原理变频调速原理基于电动机的转速公式:n=60f/p(1-s)式中:n为电动机的转速，r/min；f为电源的频率，Hz；p为电动机的磁极对数；s为电动机的转差率。由此可见，电动机的旋转速度主要取决于电动机的磁极对数和电源频率。由电动机的工作原理可知，电动机的磁极对数通常是固定不变的。因此，改变电动机供电电源的频率就可以自由地控制电动机的旋转速度。在异步电动机恒转矩变频调速系统中，随着变频器输出频率的变化，必须相应地调节其输出电压，这是由三相异步电动机本身的功率关系决定的。如果仅改变频率而不调整输出电压，电动机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电动机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须同时改变电压。例如，为了使电动机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从400V改变到约200V。

3.2变频控制原理目前变频器所采用的变频控制技术通常为PWM脉冲宽度调制技术和矢量控制技术。

PWM(PulseWidthModulation)即脉冲宽度调制技术，现以PWM中最常用的SPWM正弦波脉冲宽度调制技术为例说明PWM变频控制的原理。SPWM是指按正弦波规律调制输出电压中各脉冲宽度，使其平均值为正弦波。SPWM含载频信号和基准信号，载频信号为等腰三角波，基准信号为正弦波。通过正弦波与三角波相交的方法，确定各分段矩形脉冲的宽度。由于三角波相邻两腰间的宽度随其高线性变化，故任一条不超过可调制范围的光滑曲线与三角波相交时，都会得到一组等幅、等矩、脉冲宽度正比于该曲线值的矩形脉冲。用正弦波为基准信号时，可获脉宽与正弦波值对应的矩形脉冲序列。该脉冲序列信号用于逆变器电子开关的开通与关断控制时，改变正弦波基准信号的幅值和频率，即可相应地改变逆变器的输出电压与频率。定子电流矢量，所以称这种控制方式为矢量控制方式。矢量控制可调整变频器的输出电压，使电动机的输出转矩和电压的平方成正比地增加，从而改善电动机的输出转矩。使用“矢量控制”，可以使电动机在低速时的输出转矩达到额定转矩。

矢量控制的基本原理是通过测量和控制异步电动机的定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)，分别加以控制，并同时控制2个分量的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式为矢量控制方式。矢量控制可调整变频器的输出电压，使电动机的输出转矩和电压的平方成正比地增加，从而改善电动机的输出转矩。使用“矢量控制”，可以使电动机在低速时的输出转矩达到额定转矩。

4使用变频器调速的意义

综上所述，我们不难发现变频技术对带式输送机实施必要性，特别是针对长带式输送机运输系统。虽然一些设备如同CST一样可以实现带式输送机的软起、软停和功率平衡问题，大大提高系统的功率因数和系统效率。但是变频器使用在很大程度上节约了能源，使得带式输送机的能耗降低；而且大大节约了设备的维护和维修费用，但就CST、充液型液力耦合器维护保养来说，变频器完全有必要取代它们。特别是针对单带式输送机输送系统来说，减少设备的故障率是保证生产的重要要素，换句话来说，长距离带式输送机使用变频器驱动方式是煤矿设备发展的趋势。实践表明，变频控制系统与其它控制系统相比，有着无法比拟的优越性和技术先进性；在煤炭行业的节能改造中应用变频调速技术，能够创造巨大的经济效益和良好的社会效益，对于创建节能环保型社会具有重要的意义。

参考文献：

[1]黄俊，王兆安.电力电子变流技术（第四版）.北京：机械工业出版社.2000.

[3]顾绳谷.电机拖动基础（下册）.北京：机械工业出版社.2000.

[4]赵可斌，陈国雄.电力电子变流技术.上海:上海交通大学出版社.1993.

[5]天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册.北京：机械工业出版社.1992.

作者简介：陈玉，男，汉族，毕业于中国矿业大学采矿专业，学士学位，现为内蒙古锡林浩特市神华北电胜利能源有限公司运销公司装运部技术员，主要从事露天采矿技术与设备方面的研究。