利德華福高壓變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦皮帶機(jī)的應(yīng)用
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) 2012-07-15 關(guān)鍵詞：工業(yè)自動(dòng)化 高壓變頻器 皮帶機(jī) 煤礦 一、前言 山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)泰山隆安煤業(yè)有限公司設(shè)計(jì)為年產(chǎn)120萬(wàn)噸兼并重組整合礦井，井田位于山西忻州保德縣城東南部、橋頭鎮(zhèn)北部。礦區(qū)面積為20.3196平方公里，礦井生產(chǎn)能力120萬(wàn)t /a，采煤方法為綜采一次采全高，全部垮落法管理頂板;礦井采用中央分列式通風(fēng)系統(tǒng)，主斜井、副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng);礦井通風(fēng)方式為機(jī)械抽出式，最終產(chǎn)品為精煤、煤泥和矸石?！ √┥铰“裁旱V主斜井兼顧運(yùn)煤和進(jìn)風(fēng)作用，凈斷面為12.17平方米，主井皮帶設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為380米，帶寬為1米，傾斜角為-15度。皮帶由兩臺(tái)高壓電機(jī)拖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)煤礦運(yùn)輸?shù)降孛娴墓ぷ魅蝿?wù)。皮帶機(jī)配合自動(dòng)控制系統(tǒng)及信號(hào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主井皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定、安全運(yùn)行?！ 《?、 皮帶機(jī)采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)的理論依據(jù) 1.1 皮帶機(jī)簡(jiǎn)介 皮帶機(jī)是皮帶輸送機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，皮帶機(jī)運(yùn)用輸送帶的連續(xù)或間歇運(yùn)動(dòng)來(lái)輸送各種輕重不同的物品，既可輸送各種散料，也可輸送各種紙箱、包裝袋等單件重量不大的件貨，用途廣泛。皮帶輸送機(jī)可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料點(diǎn)到最終的卸料點(diǎn)間形成一種物料的輸送流程。在工業(yè)生產(chǎn)中，皮帶輸送機(jī)可用作生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備之間構(gòu)成連續(xù)生產(chǎn)的紐帶，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的連續(xù)性和自動(dòng)化，提高生產(chǎn)率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、部件標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)。所以帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中?！ 〉V山的井下巷道、礦井地面運(yùn)輸系統(tǒng)、露天采礦場(chǎng)及選礦廠中，都廣泛應(yīng)用帶式輸送機(jī)。皮帶機(jī)設(shè)備特點(diǎn)：皮帶機(jī)輸送平穩(wěn)，物料與輸送帶沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，能夠避免對(duì)輸送物的損壞。噪音較小，適合于工作環(huán)境要求比較安靜的場(chǎng)合。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)。能耗較小，使用成本低?！ ?.2 皮帶機(jī)工作原理及變頻電機(jī)控制 帶式輸送機(jī)由輸送帶、托輥、滾筒及驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、張緊、電控、保護(hù)、改向、裝載、卸載、清掃等裝置組成。其主要部分有：輸送帶、托輥、滾筒、主電機(jī)、減速器、逆止器、抱閘系統(tǒng)、張緊裝置、導(dǎo)向輪、電控臺(tái)、皮帶保護(hù)?！ ∑C(jī)工作原理圖如下： 
控制系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)采集裝置或者通訊裝置，將現(xiàn)場(chǎng)采集的各種信號(hào)(數(shù)字量信號(hào)和模擬量信號(hào))，輸入到控制系統(tǒng)的PLC和安全保護(hù)裝置，進(jìn)行綜合采集和計(jì)算。控制系統(tǒng)可以監(jiān)視和控制與皮帶系統(tǒng)相關(guān)的所有機(jī)械及電氣機(jī)構(gòu)(包括高壓變頻器)，實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。 控制系統(tǒng)、接收各種信號(hào)并進(jìn)行分析，如果符合緊急停機(jī)要求，控制系統(tǒng)會(huì)在很短的時(shí)間進(jìn)行安全保護(hù)動(dòng)作，自動(dòng)保障現(xiàn)場(chǎng)人員及設(shè)備的安全;完成現(xiàn)場(chǎng)皮帶運(yùn)輸設(shè)備數(shù)據(jù)時(shí)刻顯示和記錄，并可以傳輸?shù)缴霞?jí)管理部門(mén)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化生產(chǎn)的需要?！ ‖F(xiàn)場(chǎng)工作人員通過(guò)操作臺(tái)工作指示燈和屏幕顯示，可以很好的監(jiān)控皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的各個(gè)機(jī)構(gòu)，在短時(shí)間內(nèi)精確了解設(shè)備的工作情況;可以方便的進(jìn)行皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、操控等操作?！ ‰姍C(jī)作為皮帶系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源，是皮帶運(yùn)輸過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備，電機(jī)需要有良好的運(yùn)動(dòng)性能，包括：良好的啟動(dòng)停止;平穩(wěn)的運(yùn)行;持久的工作壽命;簡(jiǎn)單方便的日常維護(hù)等。傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一般有兩種方式，變極調(diào)速和轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。變極調(diào)速是有級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍窄，啟動(dòng)力距小，啟動(dòng)電流大。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速性能雖有所改變，但電阻要消耗大量電能，效率低，能耗高。新興的變頻調(diào)速系統(tǒng)除了擁有高的調(diào)速性能之外，還具有高的效率和節(jié)能效果。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速特點(diǎn)：有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低速時(shí)的特性非常軟。換擋時(shí)對(duì)機(jī)械的沖擊大、無(wú)法精確定位。無(wú)法提供反力矩、效率低、能耗大。變頻調(diào)速方式：控制變頻器輸出頻率調(diào)速特點(diǎn)：有高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、輸出特性好。無(wú)級(jí)調(diào)速、能精確定位。能提供反力矩、效率高，能耗低?，F(xiàn)場(chǎng)使用電機(jī)如下圖：圖1.4 三、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的裝置設(shè)計(jì) 3.1 高壓變頻器系統(tǒng)原理 根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，高壓電機(jī)的負(fù)載設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中必須進(jìn)行調(diào)速。調(diào)速方式有中間環(huán)節(jié)調(diào)速和高壓電機(jī)本身調(diào)速之分。按照電機(jī)學(xué)的基本原理，已知交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為： n=(1-s)60f/p式中： s-滑差; p-電機(jī)極對(duì)數(shù); f -電機(jī)供電頻率。由上述公式可以看出，只要改變滑差s、或者電機(jī)極對(duì)數(shù)p、或者電機(jī)運(yùn)行頻率f，都可以達(dá)到調(diào)整電機(jī)本身速度的目的?！ ARSVERT-VA系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器。變頻器主要由移相變壓器、功率模塊和控制器三部分組成。一般現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用還輔以旁路柜、開(kāi)關(guān)柜等。變頻器輸入側(cè)采用多重化移相變壓器實(shí)現(xiàn)隔離和諧波抵消。無(wú)須功率因數(shù)補(bǔ)償、諧波抑制裝置，多脈沖整流技術(shù)的應(yīng)用使得變頻器電網(wǎng)側(cè)諧波可滿足IEEE519-1992標(biāo)準(zhǔn)和GB/T14549-93標(biāo)準(zhǔn)。變頻器輸出采用多個(gè)功率單元移相式PWM波形輸出串聯(lián)疊加，得到多電平高壓，實(shí)現(xiàn)較低的輸出電壓諧波、共模電壓和dv/dt。無(wú)須附加輸出濾波裝置，不會(huì)對(duì)電機(jī)的絕緣、軸承造成損害，可直接驅(qū)動(dòng)普通鼠籠式、繞線式異步電機(jī)和同步電機(jī)。
控制系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)采集裝置或者通訊裝置，將現(xiàn)場(chǎng)采集的各種信號(hào)(數(shù)字量信號(hào)和模擬量信號(hào))，輸入到控制系統(tǒng)的PLC和安全保護(hù)裝置，進(jìn)行綜合采集和計(jì)算。控制系統(tǒng)可以監(jiān)視和控制與皮帶系統(tǒng)相關(guān)的所有機(jī)械及電氣機(jī)構(gòu)(包括高壓變頻器)，實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。 控制系統(tǒng)、接收各種信號(hào)并進(jìn)行分析，如果符合緊急停機(jī)要求，控制系統(tǒng)會(huì)在很短的時(shí)間進(jìn)行安全保護(hù)動(dòng)作，自動(dòng)保障現(xiàn)場(chǎng)人員及設(shè)備的安全;完成現(xiàn)場(chǎng)皮帶運(yùn)輸設(shè)備數(shù)據(jù)時(shí)刻顯示和記錄，并可以傳輸?shù)缴霞?jí)管理部門(mén)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化生產(chǎn)的需要?！ ‖F(xiàn)場(chǎng)工作人員通過(guò)操作臺(tái)工作指示燈和屏幕顯示，可以很好的監(jiān)控皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的各個(gè)機(jī)構(gòu)，在短時(shí)間內(nèi)精確了解設(shè)備的工作情況;可以方便的進(jìn)行皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、操控等操作?！ ‰姍C(jī)作為皮帶系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源，是皮帶運(yùn)輸過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備，電機(jī)需要有良好的運(yùn)動(dòng)性能，包括：良好的啟動(dòng)停止;平穩(wěn)的運(yùn)行;持久的工作壽命;簡(jiǎn)單方便的日常維護(hù)等。傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一般有兩種方式，變極調(diào)速和轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。變極調(diào)速是有級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍窄，啟動(dòng)力距小，啟動(dòng)電流大。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速性能雖有所改變，但電阻要消耗大量電能，效率低，能耗高。新興的變頻調(diào)速系統(tǒng)除了擁有高的調(diào)速性能之外，還具有高的效率和節(jié)能效果。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速特點(diǎn)：有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低速時(shí)的特性非常軟。換擋時(shí)對(duì)機(jī)械的沖擊大、無(wú)法精確定位。無(wú)法提供反力矩、效率低、能耗大。變頻調(diào)速方式：控制變頻器輸出頻率調(diào)速特點(diǎn)：有高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、輸出特性好。無(wú)級(jí)調(diào)速、能精確定位。能提供反力矩、效率高，能耗低?，F(xiàn)場(chǎng)使用電機(jī)如下圖：圖1.4 三、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的裝置設(shè)計(jì) 3.1 高壓變頻器系統(tǒng)原理 根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，高壓電機(jī)的負(fù)載設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中必須進(jìn)行調(diào)速。調(diào)速方式有中間環(huán)節(jié)調(diào)速和高壓電機(jī)本身調(diào)速之分。按照電機(jī)學(xué)的基本原理，已知交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為： n=(1-s)60f/p式中： s-滑差; p-電機(jī)極對(duì)數(shù); f -電機(jī)供電頻率。由上述公式可以看出，只要改變滑差s、或者電機(jī)極對(duì)數(shù)p、或者電機(jī)運(yùn)行頻率f，都可以達(dá)到調(diào)整電機(jī)本身速度的目的?！ ARSVERT-VA系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器。變頻器主要由移相變壓器、功率模塊和控制器三部分組成。一般現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用還輔以旁路柜、開(kāi)關(guān)柜等。變頻器輸入側(cè)采用多重化移相變壓器實(shí)現(xiàn)隔離和諧波抵消。無(wú)須功率因數(shù)補(bǔ)償、諧波抑制裝置，多脈沖整流技術(shù)的應(yīng)用使得變頻器電網(wǎng)側(cè)諧波可滿足IEEE519-1992標(biāo)準(zhǔn)和GB/T14549-93標(biāo)準(zhǔn)。變頻器輸出采用多個(gè)功率單元移相式PWM波形輸出串聯(lián)疊加，得到多電平高壓，實(shí)現(xiàn)較低的輸出電壓諧波、共模電壓和dv/dt。無(wú)須附加輸出濾波裝置，不會(huì)對(duì)電機(jī)的絕緣、軸承造成損害，可直接驅(qū)動(dòng)普通鼠籠式、繞線式異步電機(jī)和同步電機(jī)。
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