摘 要：本文介紹了高壓變頻器驅(qū)動(dòng)刮板輸送機(jī)電控方案，通過(guò)此方案，分析了變頻軟啟動(dòng)裝置的運(yùn)行過(guò)程，以及在現(xiàn)場(chǎng)的使用情況，并對(duì)運(yùn)行的狀況進(jìn)行了探討，該研究在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣闊的前景。

關(guān)鍵詞：變頻軟啟動(dòng)；刮板機(jī)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TD528.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(fā)展，集團(tuán)公司中、重型刮板機(jī)逐漸由過(guò)去的雙速電機(jī)+摩擦限距器或閥控充液型液力偶合器作為軟啟動(dòng)方式，改為變頻軟啟動(dòng)方式。

1 高壓變頻器驅(qū)動(dòng)刮板輸送機(jī)電控方案

1.1 總體說(shuō)明

目前我國(guó)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的綜采工作面礦用中低功率（單電機(jī)功率為315kw～855kw）刮板輸送機(jī)往往選用雙速電機(jī)，采用高低速開(kāi)關(guān)切換的方式進(jìn)行軟啟動(dòng)。中低功率的刮板輸送機(jī)采用高低速軟啟動(dòng)存在切換過(guò)程中機(jī)械沖擊較大，容易發(fā)生斷鏈等情況，起動(dòng)過(guò)程對(duì)刮板輸送鏈的磨損較大，往往一個(gè)工作面生產(chǎn)結(jié)束，就必須對(duì)刮板輸送鏈進(jìn)行更換。

針對(duì)現(xiàn)有機(jī)械軟啟動(dòng)的缺點(diǎn)，提出了采用中壓變頻軟啟動(dòng)的方案。采用變頻軟啟動(dòng)，只需在工作面組合開(kāi)關(guān)及電機(jī)間增加一臺(tái)變頻器即可。

降低了機(jī)頭部分的體積及電纜敷設(shè)量，變頻啟動(dòng)為電軟啟動(dòng)，不存在磨損情況。在啟動(dòng)過(guò)程中，變頻器可發(fā)揮出電機(jī)的最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，保證了壓煤情況下，可靠的啟動(dòng)刮板輸送機(jī)。

1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)及設(shè)計(jì)原則

1.2.1 本電控系統(tǒng)設(shè)備符合下列標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求

（1）《煤礦安全規(guī)程》；

（2）《交流電機(jī)半導(dǎo)體變頻調(diào)速裝置總技術(shù)條件》（GB12668-1990）；

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

（4）《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》（GB/T14549-1993）；

（5）現(xiàn)行國(guó)家電工委員會(huì)及其它有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；

（6）進(jìn)口電氣設(shè)備遵守國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)；

（7）變頻調(diào)速裝置的靜動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)完全滿足大功率刮板輸送機(jī)機(jī)的運(yùn)行要求。

1.2.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

1.3 變頻器驅(qū)動(dòng)刮板機(jī)電控方案

采用兩臺(tái)BPJV-1250/3.3礦用隔爆兼本質(zhì)安全型高壓變頻器分別驅(qū)動(dòng)機(jī)頭及機(jī)尾電機(jī)，兩臺(tái)變頻器做功率平衡的電控方案（如圖1所示）。

說(shuō)明：

（1）考慮簡(jiǎn)化列車布置，可以采用1臺(tái)3150kVA容量的移變帶兩個(gè)變頻器；

（2）如果考慮以后接續(xù)工作面還可能繼續(xù)延長(zhǎng)（如接近300m），或接續(xù)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(wú)須變動(dòng)。

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

由于刮板輸送機(jī)機(jī)頭及機(jī)尾電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)差異及鏈條節(jié)距變化、輸送機(jī)上負(fù)載分布變動(dòng)及鏈條張力變化（引起節(jié)距變化），在刮板輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中存在嚴(yán)重的電動(dòng)機(jī)功率不平衡問(wèn)題，不能充分發(fā)揮配置功率的作用。井下測(cè)試結(jié)果表明，機(jī)頭機(jī)尾兩傳動(dòng)部電動(dòng)機(jī)的輸出功率呈交替變化，刮板輸送機(jī)總輸入功率遠(yuǎn)低于配置功率，但對(duì)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)而言，又存在短時(shí)頻繁超載現(xiàn)象。對(duì)于超重型刮板輸送機(jī)，負(fù)載不均勻問(wèn)題會(huì)更加突出。而由于鏈條傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)、鏈道的縱向起伏和水平彎曲，刮板輸送機(jī)運(yùn)行中的刮卡、沖擊現(xiàn)象非常嚴(yán)重和頻繁。以上刮板輸送機(jī)的運(yùn)行特性，都對(duì)機(jī)頭及機(jī)尾的功率平衡提出了更高的要求。我公司的變頻器采用轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速雙同步控制模式，即保證機(jī)頭及機(jī)尾的電機(jī)速度接近，輸出轉(zhuǎn)矩在限定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，較好的解決了功率平衡的問(wèn)題。

1.4 雙速電機(jī)與單速變頻電機(jī)的比較

刮板輸送機(jī)采用變頻器控制時(shí)，可以選擇雙速電機(jī)及單速變頻電機(jī)，其優(yōu)缺點(diǎn)如下所示：

1.4.1 雙速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

（1）與原設(shè)備通用，在變頻系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以切換到工頻系統(tǒng)繼續(xù)工作。

（2）雙繞組，高低速互不影響。高速繞組發(fā)生問(wèn)題的時(shí)候，可以用低速繞組。

1.4.2 雙速電機(jī)的缺點(diǎn)

（1）單臺(tái)電機(jī)需要準(zhǔn)備兩路電纜，電纜的敷設(shè)、安裝都較為麻煩。

（2）雙速電機(jī)為兩套繞組，加上敷設(shè)的兩套電纜，系統(tǒng)價(jià)格較高。

（3）雙速電機(jī)的高速繞組在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮重載啟動(dòng)（低速繞組完成重載啟動(dòng)），高速繞組的最大轉(zhuǎn)矩較低。造成變頻器驅(qū)動(dòng)高速繞組時(shí)，重載啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足，難以完成重載啟動(dòng)。

1.4.3 單速變頻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

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

（2）單繞組，只需敷設(shè)一根電纜，整體使用成本較低。

（3）轉(zhuǎn)為重載啟動(dòng)優(yōu)化，配套變頻器使用可以發(fā)揮出最大2.5倍的額定轉(zhuǎn)矩。

1.4.4 單速電機(jī)的缺點(diǎn)

單繞組，在變頻器發(fā)生故障時(shí)，難以通過(guò)工頻電源正常啟動(dòng)。

1.5 電流源與電壓源變頻器區(qū)別

電流源與電壓源變頻器本就是同一種技術(shù)的兩種實(shí)現(xiàn)方式，從根本上區(qū)別：

（1）濾波元件不同。電壓源為電容，電流源為電感；

（2）目前國(guó)內(nèi)大形勢(shì)。國(guó)內(nèi)變頻器幾乎一邊倒都是電壓源型，除了采用美國(guó)AB公司機(jī)芯的開(kāi)誠(chéng)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(chǎn)品方面是壓倒性的主流，在1KV以上高壓產(chǎn)品方面也是主流，這是不爭(zhēng)的事實(shí)，預(yù)計(jì)將來(lái)的局面也不會(huì)改變，這是因?yàn)殡妷涸醋冾l器的性能通用性強(qiáng)，適用于各種不同要求的負(fù)載，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)也比較成熟。

2 變頻器運(yùn)行過(guò)程

（1）首先，給定變頻器的“運(yùn)行頻率”，比如：30Hz；確認(rèn)變頻器的“加”“減”速時(shí)間正確；

（2）啟動(dòng)：點(diǎn)擊變頻器或遠(yuǎn)程集控中心的“啟動(dòng)”按鈕，變頻器將按設(shè)定的“加速時(shí)間”加速運(yùn)行，經(jīng)過(guò)加速時(shí)間后，到達(dá)運(yùn)行頻率；

（3）停止：若變頻器為“自由停機(jī)”模式，點(diǎn)擊變頻器或遠(yuǎn)程集控中心的“停止”按鈕，變頻器立即停止運(yùn)行，電機(jī)將自由停止若變頻器為“受控停機(jī)”模式，點(diǎn)擊變頻器或遠(yuǎn)程集控中心的“停止”按鈕，將按設(shè)定的“減速時(shí)間”減速運(yùn)行，經(jīng)過(guò)減速時(shí)間后，到達(dá)停止頻率，變頻器停止運(yùn)行；

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

（5）復(fù)位：當(dāng)變頻器觸摸屏有“故障或報(bào)警”顯示，可以嘗試通過(guò)該按鈕，解除變頻器的“故障或報(bào)警”，使變頻器恢復(fù)正常；若無(wú)法通過(guò)該按鈕解除“故障或報(bào)警”時(shí)，請(qǐng)查詢“故障報(bào)警”處理方法，進(jìn)行排查，變頻器正常后，方可操作變頻器開(kāi)始工作。

3 變頻器使用情況介紹

3.1 基本情況

刮板機(jī)用變頻器分為變電變頻器和高壓變頻器，見(jiàn)圖2。其中變電變頻器結(jié)構(gòu)為變壓器與變頻器為一體結(jié)構(gòu)，井下6KV或10KV電源接入專用高壓配電裝置，經(jīng)過(guò)變電變頻器，輸出3.3KV電源控制刮板機(jī)電機(jī)。淮南礦業(yè)集團(tuán)張集礦1312（1）工作面SGZ1000/1400型刮板機(jī)即采用該種變頻器。

圖2 刮板機(jī)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(qū)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(jī)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(kāi)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(wèn)題及解決措施

（1）潘三礦1632（3）工作面：SGZ1000/2000型刮板機(jī)，采用恒洋電器BPJV-1600/3.3型變頻器，在回采初期因?yàn)楣ぷ髅鏅C(jī)尾片幫、掉頂嚴(yán)重，存在壓車，啟動(dòng)不起來(lái)現(xiàn)象。片幫、掉頂現(xiàn)象得以控制后，刮板機(jī)正常運(yùn)行。

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

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

3.3 變頻器運(yùn)行結(jié)果

出現(xiàn)問(wèn)題的變頻器為恒洋電器6脈沖高壓變頻器及平安開(kāi)誠(chéng)12脈沖高壓變頻器。潘三礦1632（3）工作面在片幫、掉頂?shù)靡钥刂坪螅伟鍣C(jī)已正常運(yùn)行；顧北礦刮板機(jī)變頻器出現(xiàn)問(wèn)題后，經(jīng)技術(shù)人員多方調(diào)試仍無(wú)法解決，考慮可能為產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，更換新的變頻器后運(yùn)行正常；謝橋礦刮板機(jī)變頻器在更換整流橋水冷板，問(wèn)題得到解決。

4 結(jié) 論

變頻器作為一種軟起動(dòng)設(shè)備，在各行各業(yè)中應(yīng)用廣泛，其節(jié)能、省力、易于控制等特點(diǎn)已成為企業(yè)增加效益的一條有效途徑，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李敏.變頻調(diào)速技術(shù)在刮板輸送機(jī)中的應(yīng)用 [J].能源與節(jié)能，2016.

[2] 王亞濱.重型刮板輸送機(jī)可控啟動(dòng)裝置控制系統(tǒng)研究 [J].太原理工大學(xué)，2016.

作者簡(jiǎn)介：曹玉波（1982.01-），男，漢族，河北邢臺(tái)人，工程師，本科。研究方向：煤礦機(jī)電設(shè)備。