變頻器系統(tǒng)在煤礦刮板輸送機(jī)中的應(yīng)用

張東焱 張明棟

山東能源重型裝備制造集團(tuán)有限責(zé)任公司新汶分公司 山東泰安 271219

目前，我國煤礦綜采工作面朝著高產(chǎn)量、自動化、智能化、節(jié)約化的方向發(fā)展，其中刮板輸送機(jī)的運(yùn)煤效率直接影響著煤炭的產(chǎn)量。現(xiàn)階段刮板輸送機(jī)電機(jī)的供電電壓已經(jīng)達(dá)到3300V，裝機(jī)功率也在不斷增大，為煤炭的大量產(chǎn)出提供了可能。但由于采煤工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，在生產(chǎn)過程中，刮板輸送機(jī)頻繁重載啟動，且經(jīng)常有大塊矸石或者錨桿落入機(jī)道中，造成卡鏈或阻滯故障的發(fā)生，如不能及時發(fā)現(xiàn)就會造成刮板輸送機(jī)電機(jī)燒毀以及斷鏈等事故。因此，如何快速啟動刮板輸送機(jī)，并且根據(jù)煤量均衡調(diào)速、平穩(wěn)運(yùn)行已經(jīng)成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)課題。

1 刮板輸送機(jī)變頻器系統(tǒng)

以同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司14402工作面為例，該工作面平均煤層厚度為6m，一次采全高。采用SGz1000／3＊855型刮板輸送機(jī)，設(shè)計(jì)長度為300m，煤炭輸送量為2500T／H，刮板鏈速為1.35 m／S。刮板輸送機(jī)頭部和尾部分別布置2臺和1臺855KW礦用隔爆型高壓變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)。采用兩臺BPJV-2＊855／3.3型變頻器控制電動機(jī)。由2臺連接組別為D y 11D0的KBzSG-zY-2500／10／2＊1905型礦用隔爆型交流移動變電站向變頻器供電。變頻器和移動變電站位于設(shè)備列車上，距工作面約230 m，隨工作面的推進(jìn)而移動。

2 變頻器硬件設(shè)計(jì)分析

2.1 主回路設(shè)計(jì)分析

該變頻器為交-直-交電壓源型變頻器。經(jīng)△型輸入電壓和Y型輸入電壓疊加產(chǎn)生交流電壓，再經(jīng)真空交流接觸器到整流單元，轉(zhuǎn)換成直流電，通過濾波單元濾波后，再經(jīng)過功率模塊和控制電路組成的逆變單元將該直流電逆變成為輸出頻率范圍為0～200Hz可調(diào)的AC3300V交流電壓?？刂茊卧ㄖ骺仄?、數(shù)字處理單元、調(diào)制模塊和檢測模塊。主控器是變頻器的控制核心，能夠處理各類信息，并發(fā)出各種控制指令，通過CAN總線與檢測模塊和顯示模塊進(jìn)行通信，可將檢測模塊檢測到的鍵盤動作、各種數(shù)字量和模擬連發(fā)的輸入輸出以及溫度信號反應(yīng)到顯示模塊中，以便人機(jī)交互[1]。

2.2 控制回路設(shè)計(jì)分析

為了能夠遠(yuǎn)方控制變頻器啟停，采用KJF21型礦用監(jiān)測控制分站與變頻器連接。輸送機(jī)啟動時，主變頻器中的主機(jī)先啟動，經(jīng)0.5S后從機(jī)啟動，此時刮板輸送機(jī)開始低速轉(zhuǎn)動，再經(jīng)10S后從變頻器啟動，刮板輸送機(jī)開始加速，直至達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速。采用機(jī)尾先于機(jī)頭啟動的方式主要基于以下兩個原因：一是為了減小刮板輸送機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊；二是為了消除刮板輸送機(jī)底部鏈條出現(xiàn)存鏈而造成鏈條阻卡的可能性。系統(tǒng)采用簡單邏輯先導(dǎo)方式，該啟動方式能夠防止電纜短路造成的變頻器誤啟動。在先導(dǎo)啟?；芈分写雰蓚€并聯(lián)二極管是為了提高先導(dǎo)啟動回路的可靠性，降低流經(jīng)二極管的電流，降低二極管被燒毀的概率。

2.3 變頻器冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

該變頻器分有整流腔室、逆變腔室1和逆變腔室2。變頻器在工作過程中，各個功率器件會產(chǎn)生大量的熱量，因而采用獨(dú)立冷卻的方式。冷卻水從各自水冷板的下方進(jìn)水，出水口位于水冷板上方。溫度傳感器由熱敏電阻構(gòu)成，位于3個水冷板內(nèi)，電阻值隨水溫變化而變化，變化值通過光纖傳入主控器中，由主控器控制相應(yīng)的電動球閥動作，以保證各腔室溫度處于正常范圍之內(nèi)，電動球閥的開啟動作溫度設(shè)置為50℃，關(guān)閉動作溫度為30℃。電動球閥的供電電壓為DC24V，當(dāng)溫度超過50℃時，主控器通過控制相應(yīng)的常開觸點(diǎn)閉合，電動球閥打開；當(dāng)溫度值降至30℃時，主控器控制相應(yīng)常開觸點(diǎn)打開，電動球閥關(guān)閉。

3 變頻器流程設(shè)計(jì)分析

3.1 參數(shù)設(shè)置流程設(shè)計(jì)

為了使變頻器系統(tǒng)的各項(xiàng)保護(hù)功能正常有效地工作，必須對其各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)整和設(shè)置。在設(shè)置參數(shù)值之前必須保證變頻器“急?！卑存I按下，以保證變頻器處于停止工作狀態(tài)，隨后可進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)的步驟。首先正確輸入密碼，進(jìn)入?yún)?shù)調(diào)節(jié)界面，之后選擇所要調(diào)節(jié)參數(shù)的類型。數(shù)值型參數(shù)必須在最值范圍內(nèi)設(shè)置，若超出規(guī)定范圍，則參數(shù)不能保存。布爾型參數(shù)通過“上翻”、“下翻”鍵進(jìn)行選擇。最后按“退出”鍵保存設(shè)置的參數(shù)。

3.2 運(yùn)行流程設(shè)計(jì)

為了使變頻器系統(tǒng)正常運(yùn)行，需對運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。當(dāng)啟動信號發(fā)出后，變頻器會自動監(jiān)測系統(tǒng)中是否有內(nèi)部和外部急停，內(nèi)部急停是指變頻器本身急停，外部急停是指KJF21型礦用監(jiān)測控制分站以及分站沿線的急停信號，如果無急停信號，則開機(jī)就緒。系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測線路絕緣值，若該值低于100千歐，說明電動機(jī)或者連接電纜有漏電現(xiàn)象，變頻器不能啟動。變頻器整流側(cè)主接觸器閉合后，直流母線電壓會因電容充電而升高，若該電壓值高于DC5500V，變頻器停止工作，系統(tǒng)過壓保護(hù)，逆變側(cè)無電壓輸出。當(dāng)變頻器溫度超到75℃時，變頻器停止工作。刮板輸送機(jī)啟動后，變頻器輸出電壓頻率會逐漸增大，刮板輸送機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻器開始監(jiān)測電動機(jī)是否達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩，若超過最大轉(zhuǎn)矩，變頻器停機(jī)保護(hù)。未達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩，則刮板輸送機(jī)繼續(xù)加速運(yùn)行。10s后如果輸送機(jī)未達(dá)到滿速運(yùn)行，則變頻器停機(jī)。刮板輸送機(jī)達(dá)到滿速運(yùn)行后，變頻器繼續(xù)監(jiān)測轉(zhuǎn)矩變化，當(dāng)轉(zhuǎn)矩變化率超過設(shè)定值，說明電機(jī)轉(zhuǎn)矩急劇上升，則認(rèn)為刮板輸送機(jī)發(fā)生斷鏈?zhǔn)鹿?，變頻器停機(jī)保護(hù)[2]。

4 結(jié)語

目前，在刮板輸送機(jī)3種主要啟動運(yùn)行方式中，變頻器啟動運(yùn)行方式以其傳動效率高、啟動時間短、調(diào)速范圍寬和對電網(wǎng)的沖擊小等優(yōu)點(diǎn)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用，成為了未來刮板輸送機(jī)啟動運(yùn)行方式的主要發(fā)展方向。變頻器系統(tǒng)首次運(yùn)用到同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司14402工作面，相比于早期工作面，煤炭產(chǎn)量有了大幅提高。