隔爆变频器应用在井下皮带机上

0 引言 
    皮带机是现代化煤矿高产的主要运输设备，皮带机的拖动技术形式多样，调速型液力偶合器、CST、固态软启动（既可控硅软启动）、交流变频拖动等多种形式。煤矿井下皮带机目前对拖动技术的要求越来越高，基本要求是：①控制简单，启动特性好，调速性能好，启动转距大；②节能；③工作可靠，维护量小；④价格适中。采用无速度传感器矢量控制的隔爆变频器能够满足用户要求，是井下皮带机拖动的发展方向。
1 隔爆变频器技术简介
    经过不断的研究与实验，由唐山开城电器公司生产的ZJT-30隔爆兼本安智能变频调整装置通过引进国外能热管散热技术，其极低热阻的散热性能，优越的双面散热形式使主要散热得到解决，zui大散热能力达到650KW/1140V变频器的散热需要。
    
    针对煤矿井下的特殊环境，隔爆变频器除了在箱体结构方面采取了相应的防潮、防滴水措施外，在主回路方面尽量加大爬电距离与电气间隙，在控制回路方面，所有的控制板均采取了特殊防潮措施。隔爆变频调速装置采用无速度传感器的矢量控制方式。实现的磁场定向矢量控制需要在异步电动机上安装精密的测速装置，但在井下胶带运输机上安装测速装置是很困难的，同时会增加系统的维护量。无速度传感器的矢量控制的基本控制思想是根据输入的电动机的参数，按照一定的关系分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转距电流的指令值、检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。采用无速度传感器矢量控制方式的变频器不仅可在调速范围上与直流调速系统相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩，以保证在低频运行时额定转矩的输出可达到1.8倍。
    
    AJT系列隔爆变频器为了保证系统的可靠性，主回路器件全部选用进口器件，IGBT为德国EUPEC公司产品，耐压为3300VDC，电流可达到2000A，zui大功率可达到500kW。
    
    目前，ZJT系列隔爆变频器还存在一些不足之处，首先是体积较大；另外由于直流母线依靠大型电解电容平波，而电解电容寿命均在3a左右，因此需要在使用4-后更换电解电容（费用为3000 - 5000元）。
    
    2 变频器在皮带机拖动上的应用特点
    
    2.1 优越的软起动、软停止特性。
    
    隔爆变频器的起动、停止时间是任意可调（0-10min）的，也就是说起动时的加速度和停车时的减速度任意可调，同时为了平稳起动，还可匹配其具备的S型加减速时间，这样可将皮带机起停时产生的冲击减少至zui小，这是其它驱动设备难以达到的。
    
    2.2 验带功能
    
    煤矿的生产运输系统多以皮带机为主，运输系统检修维护的主要工作是皮带机的检修维护，低速验带功能是皮带机检修的主要要求，变频调整系统为无极调速的交流传动系统，在空载验带状态下，变频器可调整电机工作在5%-*额定带速范围内的任意带速。
    
    2.3 平稳的重载起动
    
    皮带机在运煤过程中任意一刻都可能立即停车再重新起动，必须考虑“重载起动”能力。由于变频器采用无速度传感器矢量控制方式，低频运转可输出1.5-2倍额定转矩，因此zui适于“重载起动”。
    
    2.4 功率平衡
    
    煤矿井下皮带机系统多为双滚筒驱动或多滚筒驱动，为了保证系统内的同步性能，首先，要求位于机头的各滚筒应同步启停，在某一电机故障时能使系统停机，同时为了保证系统的运输能力，应尽量保证各滚筒之间的功率平衡。通过调整相应两变频器的速度给定来调整两电机之间的速度差，便可以任意增大或减小两驱动电机的电流差值的大小，因此可以通过单独的控制系统控制各电机的电流值，通过调整各电机的速度来使各电机电流值逐步趋于平衡，这便形成了一个动态的功率平衡系统。
    
    2.5 自动调速、节电效果明显
    
    对应于煤矿的特殊生产条件，有时，煤的产量是极不均匀的，当然皮带机系统的运煤量也是不均匀的，在负载轻或无负载时，皮带机系统的高速运行对机械传动系统的磨损浪费较为严重，同时电能消耗也较低速运行大的多，但因生产的需要皮带机系统又不能随时停车，采用单独的控制系统对前级运输系统的载荷、本机运输系统的载荷进行分别测量，这样可控制变频器降速或提前升速。对于载荷不均的皮带机系统，可大大节约电能。
    
    2.6 降低胶带张力
    
    由于采用隔爆变频器所产生的良好起动特性，至少可降低起动张力30%，如在初期设计选择胶带强度时可降低一个标号。在实际应用过程中，由于降低了起动冲击，皮带机机械系统的设备损耗也随之降低，尤其托辊及滚筒的寿命成几倍的延长。
    
    2.7 具有工频转换功能
    
    为了不影响生产，万一有故障，可以转换到工频旁路工作，检修时间维护变频器。在生产需要长期全速运行时，变频器起动后也可选择切换到工频运行，这样可延长变频器内电解电容寿命。
    
3 应用实例
    
    北京昊华能源集团（原北京矿务局）长沟峪矿主上运皮带机，宽800mm，斜长1360m，提升高度380m，角度为16°，采用3×160kW驱动方式，单机额定电流190A，该皮带机担负全矿四个水平的运输任务，年运输量为120万t左右。2003年初配置了3台ZJT型隔爆兼本安变频调速装置，该系统起动时间60S，zui大起动转矩可达到200%，无论负荷大小均可实现平稳起动，重载平稳起动效果明显，并可轻松实现验带功能，操作简单。可根据皮带机煤量大小来调整皮带运行速度。投入运行后整个皮带机系统及驱动电机的故障明显减少，尤其是托辊及滚筒的寿命延长，投入运行至今，除出现过一次过热故障报警灯亮，司机停车，复位正常，从未出现过任何其它故障。
    
4 结论
    
    现场应用证明，采用隔爆变频器将大大提高皮带机的可靠性，降低机械系统损耗，减少运输系统的维护量，且节能明显。隔爆变频器以其*的软启动特性，较高的性价比，将成为井下皮带机拖动的发展方向。