梁輝 杜洪生 劉坤

摘 要：針對(duì)礦用刮板輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)，從供電電源、電機(jī)設(shè)計(jì)到多機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)功率平衡三方面介紹了變頻一體機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，并分析了3.3kV電壓等級(jí)刮板輸送機(jī)雙速電機(jī)、液力耦合器、軟啟動(dòng)、變頻器和變頻一體機(jī)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)比分析，認(rèn)為變頻一體機(jī)是未來(lái)刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：刮板輸送機(jī)；變頻一體機(jī)；動(dòng)態(tài)功率平衡；變頻器

中圖分類(lèi)號(hào)： TD634.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）17-0000-00

1 概述

隨著煤礦裝備技術(shù)的發(fā)展，礦用刮板輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)也經(jīng)歷了雙速電機(jī)、軟啟動(dòng)，液力耦合器，變頻驅(qū)動(dòng)幾個(gè)發(fā)展階段。變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)是新興技術(shù)，近幾年在煤礦應(yīng)用廣泛。而變頻一體機(jī)又是在變頻器的基礎(chǔ)上將變頻器和電機(jī)結(jié)合到一體進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，既承襲了變頻驅(qū)動(dòng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)同時(shí)又解決了分體式變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)存在的問(wèn)題，是未來(lái)煤礦變頻驅(qū)動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)。本文從技術(shù)角度全面分析變頻一體機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)。

2 變頻一體機(jī)的系統(tǒng)組成

2.1一體機(jī)電氣組成及工作原理

變頻一體機(jī)電氣系統(tǒng)由變頻部分和電動(dòng)機(jī)部分組成。其中變頻部分又分為主回路、主控單元、驅(qū)動(dòng)單元、顯示單元組成。變頻部分采用電壓源型交-直-交變頻拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。主回路3300V電源經(jīng)接觸器、電抗器進(jìn)入6脈沖整流單元，然后通過(guò)電力電容濾波穩(wěn)壓，再經(jīng)由IGBT組成的逆變單元將直流電逆變?yōu)轭l率、電壓均可調(diào)的交流電（即VVVF電源），電氣原理如圖1所示。

圖1一體機(jī)電氣系統(tǒng)原理圖

2.2工作面系統(tǒng)組成

變頻一體機(jī)應(yīng)用于綜放工作面刮板輸送機(jī)系統(tǒng)主要有刮板機(jī)、減速機(jī)、一體機(jī)、控制箱、集控臺(tái)組成。本文以棗礦集團(tuán)田陳煤礦7118工作面前后溜2×525kW/3300V一體機(jī)應(yīng)用配置來(lái)講。前溜刮板機(jī)采用高壓一體機(jī)驅(qū)動(dòng)，后溜刮板機(jī)采用雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。工作面長(zhǎng)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(shè)計(jì)采高3.2米。系統(tǒng)布置如圖2所示。

圖2綜放工作面刮板輸送機(jī)系統(tǒng)布置圖

前溜刮板機(jī)一體機(jī)供電電源直接采用常規(guī)3300V移動(dòng)變電站供電，KTC101集控臺(tái)給控制箱啟停信號(hào)，控制箱通過(guò)CAN總線(xiàn)給一體機(jī)發(fā)送啟停命令和功率平衡調(diào)節(jié)命令，所有一體機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)也通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送給控制箱集中顯示。后溜雙速電機(jī)經(jīng)由組合開(kāi)關(guān)給電機(jī)供電，KTC101集控臺(tái)給組合開(kāi)關(guān)啟動(dòng)信號(hào)，組合開(kāi)關(guān)控制后溜電機(jī)低速啟動(dòng)，然后自動(dòng)切換到高速運(yùn)行。

2.3 變頻一體機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

2.3.1 3300V電源供電

變頻一體機(jī)直接采用3300V單路電源供電，與井下常規(guī)供電系統(tǒng)用移動(dòng)變電站兼容。而傳統(tǒng)3300V變頻器供電電源是2×1903V，需要配備特種移動(dòng)變電站，這是與傳統(tǒng)變頻器的最大區(qū)別，降低了供電復(fù)雜度。變頻一體機(jī)對(duì)前級(jí)供電電源的供電距離無(wú)特殊要求，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離供電。傳統(tǒng)3300V變頻器對(duì)前級(jí)供電電源的供電距離都有要求，最長(zhǎng)不能超過(guò)200米，限制了遠(yuǎn)距離供電場(chǎng)合的應(yīng)用。

2.3.2 變頻與電機(jī)一體化設(shè)計(jì)

通常電機(jī)生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，不能根據(jù)變頻器的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，變頻器廠家在變頻器設(shè)計(jì)時(shí)也無(wú)法兼顧到所有廠家的電機(jī)性能參數(shù)，因此很難保證變頻器與電機(jī)的完美匹配。變頻與電機(jī)一體化設(shè)計(jì)，在電機(jī)設(shè)計(jì)之初就會(huì)充分考慮到變頻的PWM波形對(duì)電機(jī)絕緣的影響。對(duì)電機(jī)線(xiàn)圈采用變頻電機(jī)專(zhuān)用耐電暈電磁線(xiàn)，浸漬線(xiàn)圈的絕緣漆也采用能耐受電暈腐蝕的高品質(zhì)絕緣漆提高線(xiàn)圈繞組對(duì)局部放電的耐受力。

其次，在電機(jī)生產(chǎn)時(shí)采用真空壓力浸漆（VPI）技術(shù)，減少線(xiàn)圈內(nèi)部產(chǎn)生的氣泡，降低電暈電離空氣后產(chǎn)生的臭氧對(duì)絕緣漆的腐蝕[2]。

變頻與電機(jī)一體化設(shè)計(jì)，變頻逆變輸出到電機(jī)的引接線(xiàn)非常短，降低了諧波在輸出電纜上的電壓反射。同時(shí)輸出電纜被密封在防爆殼體內(nèi)部，將變頻諧波產(chǎn)生的干擾屏蔽在殼體內(nèi)部，避免了對(duì)外界設(shè)備的電磁干擾。

2.3.3 多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率平衡

根據(jù)刮板輸送機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，變頻一體機(jī)主從機(jī)控制模式都是轉(zhuǎn)矩控制模式。采用轉(zhuǎn)矩控制最大的優(yōu)勢(shì)就是轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快，特別適合于隨機(jī)大負(fù)載波動(dòng)的刮板輸送機(jī)系統(tǒng)。從機(jī)采用PID調(diào)節(jié)跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間小于10ms，保證了主從機(jī)間的動(dòng)態(tài)功率平衡，功率不平衡度小于2%。圖3的曲線(xiàn)是神東補(bǔ)連塔煤礦12520工作面三臺(tái)3300V 1200kW一體機(jī)的運(yùn)行曲線(xiàn)圖，三臺(tái)一體機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流曲線(xiàn)幾乎是重合的。

3 變頻一體機(jī)與其他幾種驅(qū)動(dòng)方式的對(duì)比

刮板輸送機(jī)屬于鏈?zhǔn)捷斔拖到y(tǒng)，用于長(zhǎng)運(yùn)距，大運(yùn)量場(chǎng)合。在煤礦綜采工作面，受前級(jí)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)，工作面運(yùn)輸設(shè)備聯(lián)動(dòng)等諸多因素的影響，使得生產(chǎn)存在隨時(shí)停機(jī)的不確定性，同時(shí)由于片幫、漏頂?shù)炔淮_定因素的存在，使得刮板輸送機(jī)對(duì)重載啟動(dòng)要求較高。3.3kW系統(tǒng)刮板輸送機(jī)的整機(jī)裝機(jī)功率一般都在1000kW-4800kW之間，存在著啟動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊和電氣沖擊較大的難題。如何消除機(jī)械和電氣沖擊，同時(shí)又保證重載啟動(dòng)是對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的基本要求。以下就簡(jiǎn)單對(duì)比一下前文所說(shuō)的幾種驅(qū)動(dòng)方式的技術(shù)特點(diǎn)，如表1所示。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上文的敘述，可以看出變頻一體機(jī)在刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有調(diào)速性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，功率平衡度好，免維護(hù)等優(yōu)勢(shì)。在煤礦輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，變頻一體機(jī)替代變頻器是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。目前3300V變頻一體機(jī)已廣泛應(yīng)用于神東集團(tuán)、兗礦集團(tuán)、淮南礦業(yè)、晉煤集團(tuán)、山東能源等多個(gè)礦井。3300V/1200kW變頻一體機(jī)在神東榆家梁煤礦更是創(chuàng)造了連續(xù)運(yùn)行6個(gè)工作面，過(guò)煤量2500萬(wàn)噸的記錄，而世界最大功率的3300V/1600kW變頻一體機(jī)也在上灣煤礦8.8米大采高成功應(yīng)用，這些都印證了變頻一體的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]青島中加特變頻電機(jī)有限公司.YJVFG系列礦用隔爆兼本質(zhì)安全型高壓變頻一體機(jī)使用說(shuō)明書(shū)[D].青島：青島中加特變頻電機(jī)，2017.

[2]張振偉.礦用隔爆型變頻一體機(jī)設(shè)計(jì)與分析[D].山東大學(xué)碩士論文，2015.

收稿日期：2018-07-11

作者簡(jiǎn)介：梁輝（1983—），男，漢，山東棗莊人，本科，中級(jí)工程師，研究方向：機(jī)電自動(dòng)化。