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烘干搅拌输送新闻动态
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变频器在选煤厂胶带输送机中的应用与分析
发布时间：2013-09-12 08:37 来源：未知
引言
胶带输送机是由挠性带承载物料的连续输送设备，它广泛地使用在矿山企业的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中。针对国内现有大多数煤矿的皮带输送机一般都采用工频拖动，较少使用变频器驱动。由于电机长期工频运行加之液力耦合器效率等问题，造成皮带运输机运行起来非常不经济，同时由于电机无法采用软起软停，在机械上产生剧烈冲击，加速机械的磨损。
变频调速是近二十年来兴起的一门新技术，它是通过改变电源频率来实现速度的调节，因其具有调速平稳、瞬态稳定性高、节能等特性越来越被人们所重视。随着变频调速技术的不断成熟，变频调速装置在皮带运输设备上的应用也越来越广泛。
1、胶带输送机的工作原理
胶带输送机工作原理：皮带机通过驱动轮鼓，靠摩擦牵引皮带运动，皮带通过张力变形和摩擦力带动物体在支撑辊轮上运动。皮带是弹性储能材料，在皮带机停止和运行时都储存有大量势能，这就决定了皮带机的启动时应该采用软启动的方式。国内大多数煤矿采用液力耦合器来实现皮带机的软启动，在起动时调整液力耦合器的机械效率为零，使电机空载启动。虽然有的采用了转子串接电阻改善启动转矩和降压空载启动等方法，但电机的起动电流仍然很大，不仅会引起电网电压的剧烈波动，还会造成电机内部机械冲击和发热等现象。同时采用液力耦合器软起皮带时，由于起动时间短，加载力大容易引起皮带断裂和老化，要求皮带的强度高。加之液力耦合起长时间工作会引起其内部油温升高、金属部件磨损、泄漏及效率波动等情况发生，不仅会加大维护难度和成本、污染了环境，还会使多机驱动同一皮带时难以解决功率平均和同步问题。
2变频器的概念及在胶带输送机中的运用
2 1变频器的基本概念
(1)VVVF 改变电压、改变频率(Variable Voltage and VariableFrequency)的缩写。
(2)CVCF 恒电压，恒频率(Constant Voltage and ConstantFrequency)的缩写。
各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60Hz(50Hz)或100V/60Hz(50Hz)。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电(DC)。然后再把直流电(DC)变换为三相或单相交流电(AC)，我们把实现这种转换的装置称为“变频器”(inverter)。
变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“invert,er”的名称进行出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电
2.2电机的旋转速度为什么能自由的改变？
r/min电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm。例如：4极电机60Hz l，800 [r/min]，4极电机50Hz l，500 [r/min]，电机的旋转速度同频率成比例。
本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地取决于电机的极数和频率。电机的扳数是固定不变的。由于极数值不是…个连续的数值（为2的倍数，例如极数为，所以不适台改变极对数来调节电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。
n= 60f/p，n：同步速度，f：电源频率，p：电机极数，改变频率和电压是最优的电机控制方法。如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。 例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。
2 3变频器的检修原理
在实际经验检修中，一般在没有变频器电路原理图情况下，变频器多由主电路电力电子元件的损坏造成。对于主回路部分首先应判断故障范围，给变频器上电，测量直流母线电压值是否等于输入电压有效值的1,35倍。若电压正�？煞峙卸夏姹洳糠止收�，否则可能是整流功率元件、预充电回路或滤波电容等元件损坏。
对于少数内部有接触器的变频器，接触器是直流母线预充电部分，其启动是由变频器上电后，自检测无故障报警信号和给定“启动”信号后才启动接触器。接触器如果不启动没有直流母线电压，就无法判断故障范围。首先，模拟给定逆变部分“无故障”反馈信号和外部启动信号，人为让接触器吸合，可测量到直流母线电压，根据直流电压大小判断故障范围，方法同上。注意启动预充电接触器前，给定的信号有时是脉冲触发信号而不是电平信号。
2 4变频器制动的有关问题
(1)制动的概念：指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧），这时电机的转速高于同步转速．负载的能量分为动能和势能．动能（由速度和重量确定其大�。┧孀盼锾宓脑硕刍�。当动能减为零时，该事物就处在停止状态�；当д⒆爸玫姆椒ㄊ怯弥贫爸冒盐锾宥茏晃Σ梁湍芟牡簟６杂诒淦灯�，如果输出频率降低，电机转速将跟随额率同样降低。这时会产生制动过程，由制动产生的功率将返回到变频器侧。这些功率可以用电阻发热消耗。在用于提升类负载，在下降时，能量（势能）也要返回到变频器（或电源）侧，进行制动．这种操作方法被称作”再生制动”，而该方法可应用于变频器制动。在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做”功率返回再生方法”。在实际中，这种应用需要”能量回馈单元”选件。
(2)怎样提高制动能力
为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻。为了改善制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。请选用”制动电阻”、“制动单元”或“功率再生变换器”等选件来改善变频器的制动容量。
2 5当电机的输出转矩改变时其输出转矩会怎样？
1、工频电源由电网提供的动力电源（商用电源）
(2)：起动电流当电机开始运转时，变频器的输出电流变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动。
我们经常听到下面的说法：”电机在工频电源供电时(*1)时，电机的起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些”。如果用大的电压和频率起动电机，例如使用工频电网直接供电，就会产生一个大的起动冲击(大的起动电流(+2))。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。所以变频器驱动的电机起动电流要小些。通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减些溴减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。当变频器调速到大于60Hz频率时，电机的输出转矩将降低。通常的电机是按50Hz(60Hz)电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速。(T=Te，P<=Pe)变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。当电机以大于60Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1／2。因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速(P=Ue*le)。
2 6检修变频器的安全注意事项
检修作业前应注意安全，最好有专人监护，确保人身、设备安全，不要人为将故障扩大。切忌将变频器的输入输出端接反，否则直接损坏变频器；在检修过程中注意变频器停电后直流母线上会有高压，应等待5分钟以上，方可触摸，或者人为对电容放电，按电容放电标准安全作业，放完电后方可继续作业；变频器在通电待机状态下或已启动在给定零转速状态下，其输出端三相对地都有直流200v左右高压，请注意人身安全；在对控制板检测时最好不要用手触摸板上集成芯片的管脚，以防静电损坏集成芯片，造成不必要的损失。
3、皮带运输变频调速控制设备具有以下优点：
1)真正实现了带式输送机系统的软起动。运用变频器的软起动功能，将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一，通过电机的慢速起动．带动皮带机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害。
2)实现皮带机多电机驱动时的功率平衡。应用变频器对皮带机进行驱动时，一般采用一拖一控制，当多电机驱动时，采用主从控制，实现功率平衡。在河南某煤矿主井皮带为3×135KW电机驱动，采用主从控制后，轻载时主从电机电流相差<?xml：namespace prefix=stl />5A左右，满载时相差2A左右�；臼迪至似ご嗟缁钡墓β势胶�。
3)降低皮带带强。采用变频器驱动之后，由于变频器的起动时间在1 s～3600s可调，通常皮带机起动时间在60s一200s内根据现场设定，皮带机的起动时间延长，大大降低对皮带带强的要求，降低设备初期投资。
4)降低设备的维护量。变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。同时，利用变频器的软起动功能实现带式输送机的软起动，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机系统机械部份的检修量。如河南某煤矿主井皮带采用变频器驱动后，仅皮带扣一项年节约费用就达一万多元。
5)启动平滑，转矩大，没有冲击电流，可实现重载启动。
6)节能。在皮带机上采用变频驱动后的节能效果主要体现在系统功率因数和系统效率两个方面。
a、提高系统功率因数
通常情况下，煤矿用电机在设计过程中放的富裕量比较大，工作时绝大部分不能满载运行，电机工作于满电压、满速度而负载经常很小，也有部分时间空载运行。由电机设计和运行特性知道，电机只有在接近满载时才是效率最高、功率因数最佳，轻裁时降低，造成不必要的电能损失。这是因为当轻载时，定子电流有功分量很小，主要是励磁的无功分量，因此功率因数很低。采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.9以上，大大节省了无功功率。
b、提高系统效率
采用变频器驱动之后，电机与减速器之间是直接硬联接，中间减少了液力耦合器这个环节。而液力耦合器本身的传递效率是不高的，且主要是通过液体来传动，液体的传动效率比直接硬联接的传动效率要低许多，因而采用变频器驱动后，系统总的传递效率要比液力耦合器驱动的效率要高5%～10%。
另外，矿井通常离变电站距离较远，不同时段电压波动较大，利用变频器的自动稳压功能，也有部份节能作用。
综上所述，皮带运输机变频控制系统可对运输皮带进行过程、逻辑控制；
解决电机同轴出力不平衡的问题；
在较低速度时可实现最大的转矩输出；
具有完善的检测及�；ぬ匦裕夯�、光电双重堆料检测；冗余的速度检测；压力突变检测；烟雾、干湿、温度检测；皮带打滑检测；皮带跑偏检测；纵向撕裂�；�；输送带张力下降�；ぃ坏缁酆瞎收媳；�。
综上所述，采用PCS系列皮带运输变频调速控制技术来改造传统的带式输送机驱动系统，不仅在技术的先进性还是带来的社会及经济效益方面部是巨大的，随着变频调速技术的不断成熟，在带式输送机的驱动上变频器将占主导地位。
使用变频调速技术，对某选煤厂的胶带输送机负载进行变频改造，设计方案如下：
某选煤厂160KW皮带机，采用直接起动，启动时皮带损伤严重，输煤量大大超过工艺规定，建议进行变频改造。系统设计采用日本富士FRN5000GII-200KW变频器，外形尺寸1000×680×360mm，柜体采用GGD2200×1000×600mm，变频主回路设有HD13-一600A刀开关、MB30-800A空气开关，为�；け淦灯鞴β誓？�，主回路设置FCS3.4-1400A快速熔断器。在皮带现场设置现场操作箱，显示变频器频率、设备运行电流、现场调速电位器等。
电力变频器特点和发展趋势从第一台变频器生产，再经过三十年不断的研发和实践，同时随着新型电子技术不断提高，变频器的功能设计越来越完善，稳定性越来越好，变频器的性价比越来越高，体积越来越小。面对市场的竞争，不断对变频器进行更多更完善的改进，从节能和节约资源的理念出发考虑问题，无论是调速或者是非调速的电力传动系统，都应该优先选用高压电动机拖动负荷，才能称之为比较完善的技术方案。这将对我们的煤矿企业逐步跨人世界领先行业奠定了坚实的基础。
