礦用變頻調(diào)速器的選型

邱立財(cái)

（龍煤集團(tuán)雙鴨山分公司雙陽(yáng)煤礦，黑龍江 雙鴨山 155137）

1 前言

隨著變頻技術(shù)的日趨成熟，其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在煤礦也得到了推廣并且越來(lái)越受歡迎，可能成為煤礦機(jī)械調(diào)速的主要技術(shù)。在我礦采用變頻調(diào)速技術(shù)的機(jī)械設(shè)備隨處可見(jiàn):提升絞車變頻調(diào)速裝置、電機(jī)車變頻調(diào)速裝置、膠帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速裝置、鋼絲繩牽引皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速裝置等，這些變頻調(diào)速裝置調(diào)速性能穩(wěn)定、維護(hù)量小、節(jié)電、事故少。其中電機(jī)車變頻調(diào)速裝置是由機(jī)械生產(chǎn)廠家選型，其余設(shè)備變頻調(diào)速裝置均由用戶自己選型。變頻調(diào)速裝置選型是相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)，如選型不當(dāng)，不但不能發(fā)揮其使用效能，而且還可能使設(shè)備無(wú)法運(yùn)行，影響生產(chǎn)。以下是我們幾年來(lái)變頻調(diào)速裝置選型的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

2 斜井提升機(jī)變頻調(diào)速裝置的選擇

礦上斜井提升機(jī)對(duì)變頻控制系統(tǒng)的要求:

（1）適應(yīng)頻繁啟動(dòng)、停止、換向要求；

（2）要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，可以重載起動(dòng)；

（3）下行車時(shí)在負(fù)載力矩作用下能自動(dòng)進(jìn)入發(fā)電回饋運(yùn)行狀態(tài)；

（4）能按照給定的速度圖運(yùn)行；

（5）對(duì)于采區(qū)變頻調(diào)速裝置還必須達(dá)到防爆要求。

2.1 斜井單鉤提升機(jī)變頻調(diào)速裝置的選擇

（1）斜井單鉤提升機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)

①下放空車時(shí)通常是在負(fù)載力矩作用下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)一般是工作在再生發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)；

②由于鋼絲繩重力的作用，在一個(gè)提升循環(huán)內(nèi)負(fù)載變化較大。

（2）斜井單鉤提升機(jī)變頻調(diào)速裝置的選擇

根據(jù)斜井單鉤提升機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)，其電氣控制系統(tǒng)應(yīng)選用具有如下功能的變頻調(diào)速裝置:

①具有自動(dòng)回饋功能。當(dāng)下放空礦車或下放物料時(shí)在負(fù)載力距作用下，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，所發(fā)電能自動(dòng)回饋到電網(wǎng)。

②具有較硬的機(jī)械性能。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載變化時(shí)其轉(zhuǎn)速保持不變或變化極小。

據(jù)此應(yīng)選用四象限帶有回饋功能的無(wú)速度傳感器矢量控制通用變頻器。帶有回饋功能的變頻器主回路。就目前而言，高壓6000V變頻器價(jià)格較高，且高壓變頻器還沒(méi)有達(dá)到成熟階段，應(yīng)盡量選用電壓相對(duì)較高的660V的變頻器?，F(xiàn)在以我廠井上一付絞車為例:該下山絞車為單鉤提升，主要提升貨載是矸石，還負(fù)擔(dān)下料任務(wù)，提升機(jī)型號(hào)為JK2－30型，滾筒直徑3m，電機(jī)功率為400kW，額定提升速度3m/s，我們選用了400kW防爆變頻調(diào)速裝置，經(jīng)一年運(yùn)行效果良好，與同類提升機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速相比節(jié)電14‰。

3 皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速裝置的選擇

3.1 皮帶運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)

（1）皮帶機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，啟動(dòng)困難；

（2）啟動(dòng)次數(shù)較少，啟動(dòng)后等速運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)；

（3）一般都采用多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，煤礦井下采用雙電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)；

（4）皮帶機(jī)多數(shù)設(shè)在采區(qū)，一般都有防爆要求。

3.2 皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速裝置的選擇

（1）控制方式的選擇。控制方式一般采用一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)即“一控一”方式，這種控制方式能使兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)出力均衡，不至于出現(xiàn)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)超載而另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)欠載。

（2）變頻調(diào)速裝置的選擇。

皮帶機(jī)變頻調(diào)速裝置的選擇應(yīng)考慮兩種情況:

第一種情況:向上山運(yùn)輸和平巷運(yùn)輸，根據(jù)皮帶運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)應(yīng)選用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能通用變頻器，這種變頻器電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性硬度高，低速過(guò)載能力大，具有過(guò)電流抑制功能。

第二種情況:向下山運(yùn)輸，當(dāng)坡度超過(guò)負(fù)6度時(shí)，應(yīng)選用帶有回饋功能和轉(zhuǎn)矩控制功能的具有四象限運(yùn)行特性的通用變頻器。向下山運(yùn)輸，在負(fù)載重力作用下電動(dòng)機(jī)工作于再生發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，選帶回饋功能的變頻器可以將電能回饋給電網(wǎng)，可以回收大量電能。

當(dāng)皮帶機(jī)采用雙電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí)，選變頻器還應(yīng)考慮兩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾筒線速度速度一致問(wèn)題，當(dāng)出現(xiàn)兩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾筒線速度不一致時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)另一個(gè)發(fā)電機(jī)發(fā)電，變頻器直流母線電壓升高，超壓保護(hù)動(dòng)作，使得空載時(shí)皮帶機(jī)不能運(yùn)行，解決辦法是兩臺(tái)變頻器采用共直流母線，即兩個(gè)變頻器直流側(cè)并聯(lián)，或者選擇帶制動(dòng)單元的變頻器。

4 鋼絲繩牽引皮帶機(jī)變頻調(diào)速裝置的選擇

4.1 鋼絲繩牽引皮帶運(yùn)輸機(jī)（以下簡(jiǎn)稱鋼帶機(jī)）的特點(diǎn)

（1）鋼帶機(jī)作為礦井主提升設(shè)備，既提升煤炭又兼運(yùn)送人員，要求運(yùn)行速度穩(wěn)定；

（2）運(yùn)輸距離長(zhǎng)裝機(jī)功率大，機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，啟動(dòng)時(shí)附加功率大；

（3）鋼帶機(jī)作為礦山固定設(shè)備，一般將拖動(dòng)裝置設(shè)在井上或設(shè)在井底車場(chǎng)附近，因此不需隔爆；

（4）鋼帶機(jī)是系統(tǒng)設(shè)備，其運(yùn)行的可靠性十分重要，要求保護(hù)裝置齊全可靠。

4.2 鋼帶機(jī)變頻調(diào)速裝置的選擇

根據(jù)以上特點(diǎn)應(yīng)選擇帶有以下功能的通用變頻調(diào)速裝置:

（1）帶有無(wú)速度傳感器矢量控制功能；

（2）帶有制動(dòng)單元，在交接班運(yùn)送人員出現(xiàn)負(fù)力時(shí)使電動(dòng)機(jī)輸出制動(dòng)力，鋼帶機(jī)在負(fù)力作用下也能平穩(wěn)運(yùn)行；

（3）具有大的啟動(dòng)力矩，低轉(zhuǎn)速或堵轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的1.5倍；

（4）可以與工業(yè)計(jì)算機(jī)配套實(shí)現(xiàn)鋼帶機(jī)的各種保護(hù)功能。

4.3 選型實(shí)例

我礦二段主機(jī)就是選用了帶有制動(dòng)單元的無(wú)速度傳感器矢量控制變頻調(diào)速裝置，功率2×500kW。該鋼帶機(jī)全長(zhǎng)2200m，雙500kW電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，巷道坡度12.5度，運(yùn)行速度2.36m/s，運(yùn)輸能力實(shí)測(cè)達(dá)500T/h，其保護(hù)裝置采用了可編程控制器（工業(yè)計(jì)算機(jī)）控制，到現(xiàn)在為止已經(jīng)運(yùn)行了7個(gè)月，沒(méi)出現(xiàn)一次故障，做到了免維護(hù)，通過(guò)實(shí)踐證明這種選型是正確的。

4 變頻調(diào)速裝置額定容量的確定

變頻調(diào)速器額定容量確定必須保證該設(shè)備在最差條件下能可靠運(yùn)行，首先要求在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)要留有充分裕量，而變頻器的額定電流可選擇略大于同容量電動(dòng)機(jī)的額定電流，即

式中，Pd—電動(dòng)機(jī)功率，kW；f1富裕系數(shù)，可取1.3～1.5；f2負(fù)載不均衡系數(shù)，可取1.3～1.5；Pz負(fù)載功率計(jì)算值，kW；Pq設(shè)備啟動(dòng)時(shí)增加的功率，kW。

式中，Ib變頻器額定輸出電流；Id電動(dòng)機(jī)額定電流。

在實(shí)踐中電動(dòng)機(jī)的容量富裕系數(shù)f1、負(fù)荷不均勻系數(shù)f2的選取應(yīng)視設(shè)備種類而定，對(duì)于提升機(jī)，其使用化境較好可取小值，對(duì)于皮帶運(yùn)輸機(jī)和鋼帶機(jī)使用環(huán)境較差可取大值。在充分考慮了電動(dòng)機(jī)容量富裕系數(shù)和不均勻系數(shù)后，變頻器的富裕量不必太大，其容量與電動(dòng)機(jī)等同也可以。

變頻器容量選擇實(shí)例:我礦－150東采區(qū)主運(yùn)第一、二臺(tái)皮帶機(jī)全長(zhǎng)分別為1650m、1570m，計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)功率為130kW，而實(shí)際應(yīng)用時(shí)配用兩臺(tái)110kW電動(dòng)機(jī)，采用兩臺(tái)110kW變頻器控制，至今已經(jīng)運(yùn)行五年，無(wú)故障發(fā)生，充分顯示了加大電動(dòng)機(jī)和變頻器功率對(duì)運(yùn)行的可靠性的重要作用。這樣選擇初期投資較大，但實(shí)際應(yīng)用中無(wú)故障，沒(méi)影響生產(chǎn)時(shí)間，完全可以彌補(bǔ)投資增大的部分。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，礦山設(shè)備采用變頻調(diào)速技術(shù)選型是相當(dāng)重要環(huán)節(jié)，必須予以重視。選型不當(dāng)，不但不能發(fā)揮變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)越性，而且還可能造成不必要的損失，尤其是既有正力運(yùn)行又有負(fù)力運(yùn)行的設(shè)備更應(yīng)引起我們的重視。只要我們充分重視變頻器選型工作，吸取以往成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，變頻調(diào)速技術(shù)一定會(huì)在煤礦得到普及，發(fā)揮越來(lái)越大的作用。