變頻調(diào)速系統(tǒng)在帶式輸送機中的應(yīng)用

1、變頻調(diào)速系統(tǒng)在帶式輸送機中的應(yīng)用李學(xué)峰 劉少成沈陽焦煤有限責(zé)任公司紅陽三礦摘要：礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流變頻器（以下簡稱變頻器）是一種數(shù)字式變頻調(diào)速裝置及相關(guān)的散熱技術(shù)為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。適用于交流50Hz、額定電壓660V或1140V的異步電動機重負(fù)荷軟起動、軟停車和運行過程調(diào)速控制，具有起動電流小、起動速度平穩(wěn)、啟動時間可調(diào)、對電網(wǎng)沖擊小、起動性能可靠等優(yōu)點。用在帶式輸送機上還能降低對輸送帶帶強的要求，減少初期投資，可延長輸送機使用壽命。當(dāng)變頻器工作時，可根據(jù)電機的負(fù)荷變化，調(diào)整電機工作電源電壓和頻率，達(dá)到所需轉(zhuǎn)矩，具有明顯的節(jié)能效應(yīng)，實現(xiàn)經(jīng)濟運行。通過用變頻器對本礦井下-845主運皮帶

2、運輸機交流電機繼電控制系統(tǒng)的改造,介紹變頻器在技術(shù)性能、運行效率、日常維護(hù)等方面的優(yōu)越性及取得的成效。關(guān)鍵詞：帶式輸送機、變頻器、改造、干擾一：概述交流變頻調(diào)速技術(shù)是微機技術(shù)、電力電子技術(shù)和電機傳動技術(shù)的綜合應(yīng)用，是強弱電混合、機電一體的綜合性技術(shù)。其實質(zhì)是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，其基本原理是通過整流橋?qū)⒐ゎl交流電壓變?yōu)橹绷麟妷海儆赡孀兤鬓D(zhuǎn)換為頻率、電壓可調(diào)的交流電壓作為交流電機的驅(qū)動電源，使電動機獲得無級調(diào)速所需的電壓和電流，是一種無附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式之一。變頻調(diào)速技術(shù)之所以在能源危機中應(yīng)運而生，就是因為它能根據(jù)電機負(fù)載的變化實現(xiàn)自動、平

3、滑的增速、減速，從而大幅度提高工作效率。二：變頻調(diào)速系統(tǒng)的特點變頻調(diào)速是近年來興起的一門新技術(shù)，它是通過改變電源頻率來實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)，因其具有調(diào)速平穩(wěn)、瞬態(tài)穩(wěn)定性高、節(jié)能等特性越來越被人們所重視。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷成熟，變頻調(diào)速裝置在皮帶運輸設(shè)備上的應(yīng)用也越來越廣泛。皮帶運輸變頻調(diào)速控制設(shè)備具有以下特點：1）真正實現(xiàn)了帶式輸送機系統(tǒng)的軟起動。運用變頻器的軟起動功能，將電機的軟起動和皮帶機的軟起動合二為一，通過電機的慢速起動，帶動輸送機緩慢起動，將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，使輸送機在起動過程中形成的張力波極小，幾乎對皮帶不造成損害。2）實現(xiàn)帶式輸送機多電機驅(qū)動時的功率平衡。應(yīng)用變頻器對輸送

4、機進(jìn)行驅(qū)動時，一般采用一拖一控制。當(dāng)多電機驅(qū)動時，采用主從控制，實現(xiàn)功率平衡。皮帶輸送機綜合保護(hù)系統(tǒng)能夠很好的與變頻器實現(xiàn)接口控制，通過功率平衡調(diào)節(jié)軟件能夠使一條皮帶輸送機上的多臺變頻器的輸出功率保持一個穩(wěn)定的狀態(tài)，使皮帶輸送機的運行效率得到提高，而且能夠及時發(fā)現(xiàn)皮帶運行過程中的機械磨損問題。3）降低皮帶帶強要求。采用變頻器驅(qū)動之后，由于變頻器的起動時間在1S3600S可調(diào)，通常輸送機起動時間在60S200S內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場設(shè)定，輸送機的起動時間延長，大大降低對皮帶帶強的要求，降低設(shè)備初期投資。4）降低設(shè)備的維護(hù)量。變頻器是一種電子器件的集成，它將機械的壽命轉(zhuǎn)化為電子的壽命，壽命很長，大大降低設(shè)備維

5、護(hù)量。同時，利用變頻器的軟起動功能實現(xiàn)帶式輸送機的軟起動，起動過程中對機械基本無沖擊，也大大減少了皮帶輸送機系統(tǒng)機械部份的檢修量。5）啟動平滑，轉(zhuǎn)矩大，沒有沖擊電流，可實現(xiàn)重載啟動。6）節(jié)能。在帶式輸送機上采用變頻驅(qū)動后的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)效率兩個方面。（1）提高系統(tǒng)功率因數(shù)通常情況下，煤礦用電機在設(shè)計過程中放的裕量比較大，工作時絕大部分不能滿載運行，電機工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載經(jīng)常很小，也有部分時間空載運行。由電機設(shè)計和運行特性知道，電機只有在接近滿載時才是效率最高、功率因數(shù)最佳，輕載時降低，造成不必要的電能損失。這是因為當(dāng)輕載時，定子電流有功分量很小，主要是勵磁的無功分

6、量，因此功率因數(shù)很低。采用變頻器驅(qū)動后，在整個過程中功率因數(shù)達(dá)0.9以上，大大節(jié)省了無功功率。（2） 提高系統(tǒng)效率采用變頻器驅(qū)動之后，電機與減速器之間是直接硬聯(lián)接，中間減少了液力耦合器這個環(huán)節(jié)。而液力耦合器本身的傳遞效率是不高的，且主要是通過液體來傳動，液體的傳動效率比直接硬聯(lián)接的傳動效率要低許多，因而采用變頻器驅(qū)動后，系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力耦合器驅(qū)動的效率要高5%10%。另外，礦井通常離變電站距離較遠(yuǎn)，不同時段電壓波動較大，利用變頻器的自動穩(wěn)壓功能，也有部份節(jié)能作用。綜上所述，采用帶式輸送變頻調(diào)速控制技術(shù)來改造傳統(tǒng)的帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)，不僅在技術(shù)的先進(jìn)性還是帶來的社會及經(jīng)濟效益方

7、面都是巨大的，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷成熟，在帶式輸送機的驅(qū)動上變頻器將占主導(dǎo)地位。三：變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本認(rèn)識1、控制電機的啟動電流當(dāng)電機通過工頻直接啟動時它將會產(chǎn)生7 到8 倍的電機額定電流，這個電流值將大大增加，電機繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量從而降低電機的壽命；而變頻調(diào)速則可以在零速零電壓啟動(當(dāng)然可以適當(dāng)加轉(zhuǎn)矩提升)，一旦頻率和電壓的關(guān)系建立變頻器就可以按照V/F 或矢量控制方式帶動負(fù)載進(jìn)行工作。使用變頻調(diào)速能充分降低啟動電流提高繞組承受力。用戶最直接的好處就是電機的維護(hù)成本將進(jìn)一步降低，電機的壽命則相應(yīng)增加。2、降低電力線路電壓波動在電機工頻啟動時電流劇增的同時電壓也會大幅度波動，電壓下降的

8、幅度將取決于啟動電機的功率大小和配電網(wǎng)的容量，電壓下降將會導(dǎo)致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常。如PC 機傳感器接近開關(guān)和接觸器等均會動作出錯而。采用變頻調(diào)速后由于能在零頻零壓時逐步啟動，則能最大程度上消除電壓下降。3、啟動時需要的功率更低電機功率與電流和電壓的乘積成正比，那么通過工頻直接啟動的電機消耗的功率將大大高于變頻啟動所需要的功率。在一些工況下其配電系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了最高極限，其直接工頻啟動電機所產(chǎn)生的電涌就會對同電網(wǎng)上的其他設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，如果采用變頻器進(jìn)行電機起停就不會產(chǎn)生類似的問題。4、可控的加速功能變頻調(diào)速能在零速啟動并按照用戶的需要進(jìn)行光滑地加速，而且其加速曲線

9、也可以選擇(直線加速S 形加速或者自動加速)；而通過工頻啟動時對電機或相連的機械部分軸或齒輪都會產(chǎn)生劇烈的振動，這種振動將進(jìn)一步加劇機械磨損和損耗，降低機械部件和電機的壽命。5、可調(diào)的運行速度運用變頻調(diào)速能優(yōu)化工藝過程，并能根據(jù)工藝過程迅速改變，還能通過遠(yuǎn)控PLC 或其他控制器來實現(xiàn)速度變化。6、可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限通過變頻調(diào)速后能夠設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩極限來保護(hù)機械不致?lián)p壞，從而保證工藝過程的連續(xù)性和產(chǎn)品的可靠性。目前的變頻技術(shù)使得不僅轉(zhuǎn)矩極限可調(diào)甚至轉(zhuǎn)矩的控制精度都能達(dá)到35 左右。在工頻狀態(tài)下電機只能通過檢測電流值或熱保護(hù)來進(jìn)行控制而無法像在變頻控制一樣設(shè)置精確的轉(zhuǎn)矩值來動作。7、受控的停止方式如同

10、可控的加速一樣, 在變頻調(diào)速中, 停止方式可以受控并且有不同的停止方式可以選擇(減速停車、自由停車)，同樣它能減少對機械部件和電機的沖擊，從而使整個系統(tǒng)更加可靠壽命也會相應(yīng)增加。8、可逆運行控制在變頻器控制中要實現(xiàn)可逆運行控制無須額外的可逆控制裝置，只需要改變輸出電壓的相序即可這樣就能降低維護(hù)成本和節(jié)省安裝空間。四：變頻調(diào)速裝置的干擾問題1、變頻器的干擾源和干擾途徑1）變頻器在運行過程中，要產(chǎn)生三個干擾源：（1）輸入電流。變頻器的輸入電流是非正弦波，它具有十分豐富的高次諧波成分。其頻率一般在3kHz以下。這些高次諧波電流將在電源電壓中產(chǎn)生對應(yīng)的諧波分量，從而影響其他設(shè)備的正常運行。（2）輸出電

11、壓。輸出電壓的波形是經(jīng)過正弦脈寬調(diào)制的高頻、高壓的脈沖序列，其頻率為載波頻率，高達(dá)2-15kHz。（3）輸出電流。在高頻、高壓脈沖序列的作用下，由于電動機的繞組具有電感性，輸出電流的波形十分接近于正弦波。但因為電壓時脈沖序列，故電流不可能是十分“光滑”的正弦波。輸出電流中也存在著非常豐富的高頻分量，其頻率一般在10kHz以上。2）這些干擾源的傳播途徑有以下幾種：（1）線路傳播。由于變頻器的輸入電流中有很強的高次諧波成分，使網(wǎng)絡(luò)電壓產(chǎn)生相應(yīng)的脈動，從而傳播到同一網(wǎng)絡(luò)中的其他電子設(shè)備。此外，如果若干設(shè)備的地線連接在一起的話，則變頻器輸出電流中的高頻信號也可能通過地線傳播到其他設(shè)備。這種傳播途徑是相

12、當(dāng)重要的一種方式。（2）電磁波傳播。變頻器的輸入電流和輸出電流中的高次諧波電流所產(chǎn)生的電磁場具有輻射能力。使其它設(shè)備因接到電磁波信號而受到干擾，這種傳播途徑主要是針對一些遙控裝置和通信設(shè)備。（3）電磁感應(yīng)。當(dāng)其他設(shè)備的控制線接近變頻器的輸出主電路（輸入或輸出）時，將切割主電路的高頻電磁場而產(chǎn)生干擾信號。（4）靜電感應(yīng)。當(dāng)其他設(shè)備的控制線接近變頻器的輸出主電路時，變頻器輸出的高頻電壓信號將通過線間分布電容，傳播到其他設(shè)備中去。感應(yīng)傳播主要對靠近變頻器輸入、輸出主電路的一些控制電路起作用。2、線路傳播干擾的消弱針對線路傳播引起的干擾，較好的防止方法是加入隔離電源。1）如果能在變頻器前加入隔離變壓器

13、，效果是最好的2）如果受干擾設(shè)備的容量不大，則在受干擾設(shè)備前加入隔離變壓器，也是效果較好的一種方法。除此之外，接入交流電抗器也是可以的。交流電抗器對于消弱高次諧波電流具有顯著的作用，除了用于提高功率因數(shù)外，也具有較好的抗干擾效果，交流電抗器應(yīng)盡量靠近變頻器，縮短其連接線。3、輻射干擾的消弱因為輻射能與頻率有關(guān)，只有頻率較高的電磁場才具有較強的輻射能力，所以，線路濾波器主要的作用是消弱高頻電流的干擾信號。（線路濾波器主要由三相電源線同方向纏繞在高頻磁心上構(gòu)成，纏繞線圈越多，效果越好）。輸出濾波器的結(jié)構(gòu)和輸入濾波器基本相同，但因為輸出電流中諧波成分的頻率較高，故纏繞到高頻磁心上的圈數(shù)可以略少。需要

14、注意的是，因為變頻器的輸出側(cè)不能接電容器，所以，接到變頻器的端子和接到電動機的端子不能交換。4、感應(yīng)干擾的消弱為了消弱感應(yīng)引起的干擾，控制線要用屏蔽線，屏蔽層只能一端接地。但是，主電路的屏蔽層卻是兩端都接地的，這是因為兩者擔(dān)任的“角色”不同，所以要求也就不一樣了?？刂齐娐匪歉蓴_的“受體”。當(dāng)它靠近主電路時，要受到高頻電磁場的感應(yīng)干擾。屏蔽層的作用是阻擋主電路的高頻電磁場，但它在阻擋高頻電磁場的同時，自己也會因切割高頻電磁場而受到感應(yīng)。當(dāng)一端接地時，因不構(gòu)成回路，產(chǎn)生不了電流。而如果兩端接地的話，就有可能與控制線構(gòu)成回路，在控制線里產(chǎn)生干擾電流，盡管十分微小，但因控制電路的電流通常是毫安級的，

15、所以很容易受到干擾。主電路卻是干擾的主體，它的電流是幾安，十幾安甚至幾百安的，高次諧波電流所產(chǎn)生的高頻電磁場是挺強的。因此，抗干擾的著眼點是如何消弱高頻電磁場。三相高次諧波電流可以分為正序分量、逆序分量和零序分量。其中，正序分量和逆序分量的三相之間，都是互差電角度的，他們的合成磁場等于0，自己就抵消了。只有三相零序分量是同相位的，互疊互加產(chǎn)生強大的電磁場。消弱的方法是采用四芯電纜。這第四根電纜線，將切割零序電流的磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并和屏蔽層構(gòu)成回路而有感應(yīng)電流。更具楞次定律，該感應(yīng)電流必將消弱零序電流的磁場。5、其他設(shè)備對變頻器的干擾變頻器周圍也存在著許多其他的干擾源，通過輻射或電源線路侵

16、入變頻器，是變頻器運行不正常，或產(chǎn)生保護(hù)性的誤動作。例如（1）開關(guān)的閉合與通斷。其他設(shè)備的空氣斷路器、接觸器以及繼電器的觸點在接通和斷開的過程中，將產(chǎn)生火花，這些火花將產(chǎn)生頻率很高的電磁波，干擾其他設(shè)備的正常工作。（2）電磁鐵線圈的斷電。電磁鐵線圈（包括接觸器和繼電器的線圈）在斷電瞬間，常常會產(chǎn)生很高的自感電動勢，從而產(chǎn)生高頻電場，干擾其他設(shè)備的正常工作。（3）其他設(shè)備產(chǎn)生的高頻脈沖。某些設(shè)備在運行過程中，也會產(chǎn)生高次諧波電壓或電流，干擾變頻器的正常工作。6、變頻器的抗干擾的對策1）吸收高頻脈沖。在接觸器和繼電器的觸點兩端和線圈兩端，接入吸收電路。在交流電路中，接入阻容吸收；在直流電路中，則接

17、入反向二極管。2）輸入信號線采用屏蔽線。變頻器最容易受到干擾的部位是輸入信號電路。尤其是模擬量信號輸入（如頻率給定信號等），當(dāng)操作器和變頻器之間的距離較遠(yuǎn)時，極易受到干擾。針對這種情況，前面所介紹的抗干擾措施，對于變頻器的輸入信號電路也都適用。3）堵截外來的高頻脈沖。要堵截從電源線竄入的高頻脈沖，無非是電感消弱、電容吸收。具體地說，則是：（1）在變頻器外部。接入交流電抗器，以消弱從電源竄入的高頻脈沖；同時，接入無線電濾波器，吸收剩余的高頻脈沖，使之不進(jìn)入變頻器。交流電抗器除了上述作用外，在電源電壓偏高時，還能把電源電壓降低2%-5%。（2）在變頻器內(nèi)部。接入直流電抗器，消弱由外部竄入的高頻脈沖

18、；同時，因為濾波用的電解電容器具有一定量的電感，不能吸收頻率很高的電壓沖擊波。為此，在濾波電容器旁再并聯(lián)一個無感小電容，吸收剩余的高頻脈沖，使直流電壓不升高。五：帶式輸送機的工藝要求紅陽三礦井下-845主運帶式輸送機是礦井理想的高效連續(xù)運輸設(shè)備,對礦井生產(chǎn)起決定性作用。工藝要求:1）實現(xiàn)快速的起制動。2）平滑的無級調(diào)速特性。3）電力拖動控制系統(tǒng)在最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)速度,并要求在不同轉(zhuǎn)速下工作時,速度穩(wěn)定。4）系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行時,能克服負(fù)載的擾動、電源電壓波動等因素對系統(tǒng)的影響。 在20世紀(jì)90年代,由于變頻器控制技術(shù)及市場產(chǎn)品還沒有得到推廣應(yīng)用,因此選用了高壓

19、直起對-845主運帶式輸送機進(jìn)行調(diào)速控制。但在多年的運行中,高壓直起控制系統(tǒng)存在動態(tài)特性差,故障率高,維護(hù)困難等缺點,主要表現(xiàn)在以下方面:（1）控制系統(tǒng)集成化程度低、分立元器件多,體積大,元器件易受環(huán)境溫度、粉塵、振動等因素的影響,控制精度低。（2）控制單元插件板常出現(xiàn)接觸不良故障。（3）系統(tǒng)操作回路為繼電控制回路,故障率高。（4）高壓真空電磁起動器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,維修成本高、維護(hù)故障量大。（5）系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性差。因此，為了解決以上問題,提出了-845主運帶式輸送機采用變頻器控制的改造要求。六：變頻調(diào)速改造1、交流傳動電機選型根據(jù)原皮帶運輸機技術(shù)參數(shù),經(jīng)過分析計算,選用的交流傳動電機為:

20、YBPT450-4、560kW、357.3A、1485 r/min2、變頻器選型根據(jù)原控制系統(tǒng)的容量,結(jié)合交流傳動電機參數(shù),變頻器選用型號為:ZJT-630/1140、0-50Hz電機保護(hù)電流為380A本安工作電壓：DC24.1V本安工作電流：436 mA3、系統(tǒng)安裝及調(diào)速1）裝置的安裝:按照裝置使用手冊要求,按規(guī)范進(jìn)行安裝,主進(jìn)線連接在裝置的上部,電機連接線在裝置的下部。2）裝置功率接線:電源進(jìn)線連接:L1 L2 L3電機連接:U1 V2 W1；保護(hù)導(dǎo)體連接:PE1 PE23）參數(shù)設(shè)置:通過參數(shù)設(shè)置,實現(xiàn)裝置的功能,滿足用戶的特殊應(yīng)用。每個參數(shù)通過其參數(shù)名和參數(shù)號,表明其單一的含義,除參數(shù)名

21、和參數(shù)號外,許多參數(shù)尚有參數(shù)標(biāo)號,在標(biāo)號的幫助下,在一個參數(shù)號下,一個參數(shù)可有多個值。參數(shù)設(shè)置可分為:通過PRG進(jìn)入菜單選項、通過PRG進(jìn)行參數(shù)寫入、通過SET進(jìn)行參數(shù)確定。根據(jù)變頻器在皮帶運輸機上應(yīng)用的需要,按PRG參數(shù)設(shè)置方式及簡單應(yīng)用參數(shù)設(shè)置步驟,具體參數(shù)設(shè)置如下:例：E-08一段加速時間出廠值10.0sec修改為15.0sec50.00.0E-0815PRGESC E-010停機或待機狀態(tài)進(jìn)入?yún)?shù)程序功能參數(shù)號功能參數(shù)值 E-08 10查找參數(shù)序號PRGESC E-08 10 E-0815ESCSETESC此行閃爍此行閃爍數(shù)據(jù)確認(rèn)此行不閃爍修改數(shù)據(jù)4）基本功能控制參數(shù)序號功能描述設(shè)定值

22、范圍及定義出廠值運行時可修改E-01運行控制方式0：操作鍵盤1：端子臺0×E-02頻率設(shè)定模式0：操作鍵盤上下鍵1：模擬輸入2：PID調(diào)節(jié)運行3：程序運行4：擺頻運行5：端子臺多段速度6：上升、下降控制運行0E-03第一行LED監(jiān)視選擇0：設(shè)定頻率1：輸出頻率2：輸出電流實際值3：輸出電流百分比4：段運行剩余時間百分比5：輸入電壓6：機械速度7：累計運轉(zhuǎn)時間8：給定壓力9：反饋壓力1×E-04最大頻率0.50-最大頻率上限Fmax50.00×E-05基準(zhǔn)頻率25.0-最大頻率上限Fmax50.00×E-06上限頻率下限頻率-最大頻率50.00E-07下限

23、頻率0.00-上限頻率0.00E-08一段加速時間at10.1-9999Sec10.0E-09一段減速時間at20.1-9999Sec10.0E-10鍵盤設(shè)定頻率下限頻率-上限頻率50.00E-11轉(zhuǎn)矩提升0-330×E-12載波頻率E-13加速模式0，1，2，30×E-14減速模式0，1，2，30E-15點動頻率50.00E-16點動加速時間設(shè)定0.1-9999Sec2.0E-17點動減速時間設(shè)定0.1-9999Sec2.0E-18起動頻率0.50×E-19停止頻率0.50E-20最小運行頻率0.00E-21電機停止方式設(shè)定0：減速停止方式1：自由停止方式0×E-22輸出電壓百分比50%-100%100%E-23節(jié)能運轉(zhuǎn)最小輸出電壓百分比30%-100%100%E-24累計運轉(zhuǎn)時間清零選擇0：不清零1：每次斷電后自動清零0E-25暖機時間（0.0-9999）× 10sec0.0E-26反轉(zhuǎn)禁止0：不禁止 1：禁止0×E-27跟蹤起動選擇0：無 1：有0×E-28斷電再恢復(fù)運行選擇0：無 1：有0×E-29過電壓失速保護(hù)0：無 1：有1E-30電流限幅功能0：無 1：有0E-31故障后重置次數(shù)0-100×E-32機械速度比率因子30.0E-33電機方向控制0不調(diào)整