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防爆变频调运装置在煤矿井下带式输送机传动系统中的应用
发布时间：2013-08-17 20:26 来源：未知
0、引言
胶带运输机是现代化煤矿高产高效的主要运输设备。胶带运输机的拖动技术形式复杂多样，调速型液力耦合器、CST、Boss、固态软启动、液粘系统、摩擦限矩耦合器、直流拖动、交流变频拖动等多种形式共存；在大型胶带运输机多电机多滚筒的拖动系统中，拖动方式以直流拖动、交流变频拖动和CST拖动为主。
煤矿井下胶带运输机对拖动技术的要求是：
a．控制简单，起动特性好，启动转矩大；
b．应具有良好的调速性能；
c．设备结构型式应满足煤矿安全规程需要；
d．工作可靠，维护量�。�
e．价格适中。
1、几种传动系统的经济技术比较：
直流电机因不宜形成防爆结构而未能广泛地应
用于井下；CST的维护量及维护要求复杂，同时价格较高，因此煤矿井下多用于长运距且胶带安全系数相对不足的地点；交流拖动方式采用降压启动方式，启动力矩小，对电网的冲击大，多使用在拖动功率较小的地点；采用无速度传感器矢量控制的防爆变频器的交流拖动，是井下胶带运输机的最佳拖动设备。
这几种传动方式的经济技术比较参照表1：
2、防爆变频技术简介
随着交流变频调速技术的日趋成熟和完善，通用变频器得到了迅速广泛的应用，但受煤矿井下条件限制过去未能得到实际应用。将变频调速装置成功地引进到煤矿井下带式输送机中，解决了以下一系列的技术难题。
首先是解决防爆和散热之间的问题。作为变频器的主要逆变�？�-IGBT是发热最多的器件，据专家估计：逆变模块约占整个变频器所有散热量的70%；整流模块发热也是相当大的，它所发的热量约占整个变频器的25%；而剩下的5%则是电解电容、充电电阻、均压电阻以及印制板上的发热元件等所产生的热量。经过不断的研究与试验，最终选择了高效能真空热管散热器，其极低热阻的高效散热性能，优越的双面散热形式使主要散热得到解决。实践证明，采用热管直冷式散热是煤矿防爆变频器的最佳选择。通过对软件、硬件的不断修改、完善，降低了逆变�？榈目厮鸷募捌渌诓科骷姆⑷�。这样便解决了防爆与散热之间的冲突。最终防爆体不需要外加通风装置或外接循环水，非常适用于煤矿井下的免维护要求。
其次，为了适应井下电网的中性点不接地系统，该产品还采用特殊的中性点不接地吸收结构，同时采用正负母线密贴的低电感母线技术来增强直流侧的吸收能力，抑制逆变器高速开关形成的叠加电压。
第三，针对煤矿井下的特殊环境，防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。
第四，防爆变频调速装置采用无速度传感器的矢量控制方式。实现精确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则不需要安装测速传感器，其基本控制思想是根据输入的电动机的参数，按照一定的关系式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）和转矩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电动机相匹配，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。
3、变频器在胶带输送机拖动上的应用
(1)优越的软起动、软停止特性
软起动、软停止特性是胶带输送机驱动系统的首选目标。胶带本身是一个弹性体，在带负载运行时又具备极大的惯性，胶带输送机起动加速度与停车减速度的值越大，在皮带上储存的能量就越大，而释放这些能量就会对输送机机械系统产生极大的冲击。防爆变频器的起动、停止时间是任意可调的，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型加减速曲线如图l所示，这样可将胶带输送机起停时产生的冲击减至最小。
(2)平稳的重载起动
胶带输送机在输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。另外由于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，因此最适于“重载起动”。重载起动起动特性见图2。
(3)验带功能
煤矿的生产运输系统多为以胶带输送机为主，运输系统检修维护的主要工作是胶带输送机的检修维护，低速验带功能是胶带输送机检修的主要要求。变频调速系统为无级调速的交流传动系统，在空载验带状态下，变频器可调整电机长期工作在5%-100%额定带速范围内任意带速。
(4)功率平衡
煤矿井下胶带输送机系统多为双滚筒驱动或多滚筒驱动，每个驱动滚筒由单一的一台电机拖动，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调整各电机的速度来使各电机电流值逐步趋于平衡，形成一个动态的功率平衡系统。
4、应用实例
铁法煤业集团大明矿4x 220KW井下强力胶带运输机2005年配置了4台ZJT-200/1140型隔爆兼本安变频调速装置，起动时间为70S，最大起动转矩可达到200%，无论负荷大小均可实现平稳（软）起动，该系统的投入可年节电量58万度。系统投入之前胶带运输机采用直接起动，曾造成过胶带断带的事故，投入运行后胶带机系统及驱动电机的故障明显减少，打卡次数下降十几倍，大大降低了系统的维护费用和时间，矿方核算的年综合效益达到120万元。
通过大量现场应用证明，带式输送机传动系统采用防爆变频器将大大提升胶带运输机的可靠度，降低机械系统损耗，减少系统的维护量。它具有1．启动电流小，对设备、电网冲击小。2．改造加装简单，只需在电机负荷线前加装变频器．特别适合胶带运输系统的改造。3．可以低速验带。4．启动力矩大，提高运输能力，满足煤矿井下现场需求。防爆变频控制系统将成为今后煤矿大运量、长运距、多滚筒驱动胶带运输机驱动系统的发展方向。
