变频器在井下皮带机上的应用

皮带机传输系统是煤矿井下输送系统的重要组成部分，同时也是煤矿企业能源消耗的主要部件。近年来，随着国家节能减排的力度加大,变频器技术和自动控制技术的成熟，变频器广泛应用于皮带机系统节能减排和技术改进。

一、引言

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；此外，皮带、液力耦合器的磨损和维护等问题都会给企业带来很大数额的费用问题。上述问题都可由英威腾GD3000变频器的应用得到改观。

二、应用现场设备及运行工况分析

2.1 项目简介

鲍店煤矿隶属于兖矿集团有限公司，是我国自行设计和施工的年产300万吨的特大型全综采机械化矿井。该矿井新建1701工作面顺槽皮带为异步电机拖动的下运皮带，配套使用的英威腾GD3000系列四象限变频器,皮带总长2.4km。

2.2 现场设备参数

皮带机电机技术参数
电机类型	异步电机	数量	4台
额定功率	500kW	额定电压	1140V
额定频率	50Hz	额定电流	349A
极对数	2	额定转速	1461r/min

2.3 现场工况示意

现场包含一台控制箱，受控设备为4台BPJ-630/1140矿用隔爆兼本质安全型变频器（使用英威腾GD3000-11-630G-12变频器机芯），被控于皮带保护箱。应用于鲍店煤矿1701工作面顺槽皮带，实现4台变频器的同步运行及集中管理及皮带控制系统的监控。

控制箱内使用西门子S7-300系列PLC，与4台变频器进行DP通讯，可以实时监控变频器状态，并通过控制箱改变变频器主从机的参数设置。

现场4台四象限变频器依次靠近机头平行巷道摆放，LCL电抗器柜和移变摆放于垂直巷道，相距30m左右（如图3所示），其中1#、2#变频器驱动同轴连接滚筒（均可做主机），3#、4#变频器分别驱动两滚筒，做从机运行，1#~4#滚筒间依靠皮带传动。主机接收来自华宁控制箱的启停控制信号，通过can通讯给予从机频率给定。另外，1#、2#变频器共用1#移变作为输入电源，3#、4#变频器共用2#移变作为输入电源。

图 现场LCL电抗柜、四象限变频器及皮带机头布置平面图

2.4 现场电气参数

表1. 环境参数

输入线电压波动范围	1185~1253V@50Hz（监控显示谐波较小）
直流母线电压设定	1900V
半母线电压波动范围	950V（波动较小）
湿度	现场采用喷雾除尘，湿度较大
温度	25℃左右

表2. 电机参数

异步电机1额定功率	500
异步电机1额定频率	50
异步电机1额定转速	1493
异步电机1额定电压	1140
异步电机1额定电流	320.7
异步电机1定子电阻	0.021
异步电机1转子电阻	0.02
异步电机1漏感	0.8
异步电机1互感	23
异步电机1空载电流	88

表3. 变频器参数

变频器型号	30
变频器额定功率	630kW
变频器额定电压	1140V
变频器额定电流	395A
死区时间	7us
软件过压点	2150V
软件欠压点	1250V
软件过流点	190%
电压校正系数	100%
电流校正系数	100%

三、变频器配置方案

3.1 GD3000系列中压变频器特性

（1）技术新颖

Goodrive3000系列变频器是一款高性能通用矢量变频器，采用三电平的硬件拓扑结构，兼容二象限和四象限，可用来控制交流异步感应电机和永磁同步电机，可以满足不同电机的工作模式。产品采用目前国际领先的矢量控制技术，功能更优化，应用更灵活，性能更稳定。

（2）输出波形更接近于正弦波

电机运行更加平稳，减少因输出波形非正玄造成的机械振动，延长电机寿命。输出谐波显著降低，大幅仰制变频器引起的传导，辐射干扰，具备优良EMC特性。

（3）输出电压变化率(du/dt)低，减少对电机绝缘的损坏

降低施加在电轴上的冲击电压，有效保护电机绝缘;缓解轴电流对电机轴承的电腐蚀，延长电机寿命;降低了系统漏电流，系统运行安全，可靠。

3.2 DP控制方案

配置EC-TX103通讯卡，将变频器连接到PROFIBUS网络。在PROFIBUS网络上，变频器为从属设备。通过EC-TX103通讯卡，可以完成如下功能：

* 向变频器发出控制命令（启动、停止、故障）。

* 给变频器发送速度或转矩给定信号。

* 从变频器中读取状态值和实际值。

* 修改变频器参数值。

PROFIBUS-DP总线允许主站和变频器设备之间进行快速的数据交换。PROFIBUS周期性传输报文，报文采用16个字传输。通讯报文的PZD区为控制和检测变频器而设计。

例如1号变频器PZD地址PLC内为200~211，变频器PZD2设置为输出电流，读取PIW202即可读取变频器电流。

3.3 变频器选型

结合现场实际，我司选型如下：

型号	额定输出功率（KW）	额定电压（KV）	额定输出电流（A）
GD3000-11-630G-12	630	1.14	395

四、客户现场具体使用效果

4.1 现场使用效果

* 鲍店煤矿四套变频器使用我司GD3000系列产品，现已调试完毕，运行安全可靠。

* 从运行测试效果来看，使用变频调速后，彻底实现了皮带输送机的软起、软停运行方式，大大提高了系统的功率因数和系统效率；

* 系统可以根据负载变化情况自动调整输出频率和输出力矩，改变了以前电机工频恒速运行的模式，在很大程度上节约了电力能源；

* 同原来的继电器保护比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电动机的保护；

* 完善地解决了多台电机地同步输出问题；

* 液力耦合器的退出更大地节约了设备的维护和维修费用。

* 在投入运行至今，系统可靠性高，操作简单，且能够与矿井自动化系统相接，提高了生产效率。

4.2 现场照片

现场实测设备运行波形

图 现场监控（生产班载煤皮带）4台变频器电流比较稳定

五、结束语

综上所述，GD3000系列中压变频器驱动异步电机电机完全满足煤矿井下皮带机系统负载控制要求，在皮带机应用中表现出很好的调速性能、高可靠性、高启动转矩、良好的功率平衡、极低的维护量和维护成本等优势，提高了煤矿井下运输系统的自动化程度。同时在国家大力提倡节能减排的大环境中,大力推进变频器在皮带机上的应用具有积极的社会意义和现实意义。

审核编辑：汤梓红