1、1高压变频器在矿山强力皮带机上的应用摘要：本文以工程实例探讨了高压变频器在矿山强力皮带机上的应用，包括高压变频器拓扑结构、高压变频器对外接口和一拖一手动旁路控制方案等。 关键词：高压变频器 强力皮带机 应用 中图分类号：O741+.2 文献标识码：A 文章编号： 一、工程概况 张家沟煤矿带式输送机输煤专线，总长 5.6KM,主要承担原煤的输送任务，整个系统由 101、102、103、104、105、106、主斜井带式输送机、一号带式输送机、二号带式输送机、三号带式输送机和四号带式输送机，振动给料机 2 台组成。属于运行工况复杂、工作条件恶劣的带式输送机，对系统内设备的可靠性具有非常高的要求。历
2、史极端最高温度 40，历史极端最低温度36。年降水量 273687mm, 安装设备的最高点黄海高程：1660m。平均相对湿度不大于 85。 地面运输系统由主斜井带式输送机、一号带式输送机、二号带式输送机、三号带式输送机和四号带式输送机组成。 主斜井带式输送机：N=3*900kW 、B=1600mm、Q=3000t/h、V=4.5m/s、 L=661.5m、=13。 二、高压变频器基本参数 1、使用条件 2环境温度： 0+35；海拔高度： 1247m；户内安装；环境相对湿度：不大于 95%。 2、技术条件 华夏煤业有限公司主井皮带采用变频电动机驱动，电动机采用高压变频器启动和调速。电机为 3*9
3、00kW/10kV 防爆电机，经过现场综合考虑，决定采用一台变频器拖动一台电动机的驱动方案。三组高压变频器均采用上位机和 PLC 系统进行监控，包括设定和状态监视。 由于相对煤矿的安全生产来讲，对主井设备及其附属装置高可靠性更是重中之重，为确保电机本体长期安全高可靠运行，建议考虑变频器的”功率单元旁路功能”和”中心点漂移技术” ，这样即使变频器有功率单元故障，顶多也就使变频器降容运行，而不会造成变频器停机。 3、容量选择 已知电机功率为 3*900KW，选用 3 台 1120KW 罗宾康完美无谐波系列高压变频器，其整体过载能力已经超过 150%/1 分钟，完全满足用户要求。输出电压范围为 01
4、0KV。 三、高压变频器的主要性能 1、变频器为高-高结构，10kV 输入，10KV 直接输出，不需输出升压变压器，输出为单元串联移相式 PWM 方式，输出相电压至少为 17 电平，线电压至少为 33 电平。 2、系统一体化设计，包括输入干式隔离变压器，变频器等所有部件及内部连线，用户只须连接高压输入、高压输出、低压控制电源和控制信号线即可。整套系统在出厂前进行整体测试。 33、控制系统具有在线检测变频器输入电压、电流、输入有功功率、无功功率、输入功率因素、累计用电量、输出电压、电流、功率、频率、电机转速等。 4、变频器功率单元和主控系统通讯采用光纤连接，具有很高的通信速率和抗干扰能力，安全性
5、好。 5、可选用罗宾康变频器单元旁路技术和中心点漂移技术，当某个功率单元故障时，变频器可以继续满载不间断运行，从而最大限度保证电机不停机。 6、变频器可在输出不带电机的情况下进行空载调试，也可在没有10KV 高压情况下用低压电进行空载调试。 四、高压变频器拓扑结构 高压变频调速系统采用直接“高- 高”变频形式，10kV/10KV 系列完美无谐波高压变频器主电路拓扑结构图如下： 变频器由多个功率单元串联而成，各个功率单元由输入隔离变压器的二次隔离线圈分别供电。电网电压经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入、单相输出的交直交 PWM 电压源型逆变器结构，实现变压变频的高
6、压直接输出，供给高压电动机。由于输出电压为 10kV，故每相由 8 个额定电压为 750V 的功率单元串联而成，输出相电压达 6000V，线电压达 10kV，每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次4绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。 10kV/10KV 系列完美无谐波高压变频器的功率单元结构图如下 四、高压变频器对外接口 整套变频控制装置，包括控制柜、功率柜、变压器柜、旁路柜等所有部件及内部连线一体化设计，用户只须连接高压输入、高压输出、控制电源和控制线即可。高压变频器对外接口的具体定义如下： 1 变频器提供的
7、开关量信号 变频器采用西门子 S7 300 系列的 PLC，标准数字量配置为 24 点入、16 点出，并且可以根据用户的不同需求进行 I/O 点的扩展及参数化设计。 2 变频器提供给高压开关柜的开关量信号 2 路 420mA 或 010V 模拟量输入 。 4 路 420mA 模拟量输出或 010V 用以输出电机电压，电流和频率等指示信号(可程序修改)。 7 点开关量无源输入：自动起动/停止，手动起动/停止，紧停，复位等，容量 24VDC/1A。 7 点开关量无源输出：变频器就绪，运行，故障等，容量220VAC/1A。 1 点开关量无源输出：容量 220VDC/5A。 53 变频器提供的模拟量
8、变频器可以提供 2 路 4 20mA 的电流信号输出，带负载能力均为250。分别为输出频率、输出电流信号。对于 10KV/10kV 电压等级变频而言，就是 48 脉冲的整流电路结构，输入电流波形接近正弦波。由于输入电流谐波失真很低，变频器输入的综合因数可达到 0.95 以上。下图为该变频器的输入电压、电流。 逆变器输出采用多电平移相式 PWM 技术，10kV 相电压输出 17 电平，线电压输出 35 电平。输出线电压非常接近正弦波，dv/dt 很小。 电平数的增加有利于改善输出波形，由谐波引起的电机发热，噪音和转矩脉动都大大降低，所以这种变频器对电机没有特殊要求，可直接用于普通异步电机，不需要
9、输出滤波器，对输出电缆长度无特殊要求。下图为变频器输出电压电流波形。 4 通讯协议 默认通讯协议为 MODBUS485/PROFIBUS，以将功率因素、输出频率、输出电压等参数通过通讯接口传送至 PLC 或 DCS。 五、驱动方案配置 山西怀仁华夏煤业主斜井皮带机为三驱动，电机功率为3x900KW，10KV, 4 极。针对本项目的实际，在综合考虑用户现场实际运6行特点和产品技术的先进性、可靠性以及高性能价格比，采用西门子罗宾康完美无谐波系列高压变频装置对用户的带式输送机进行驱动和控制的方案。 驱动系统采用 3 台西门子罗宾康完美无谐波系列 10KV/10KV 中压变频器驱动 3 台电机的方案，
10、并采用 PLC 对变频器进行控制，系统示意图见图 5 。该系统是应用于长距离输送机恒转矩负载的高性能调速驱动方案，在轻载及重载工况下，均能有效控制胶带输送机柔性负载的软起动/软停车动态过程。对于三驱方案，由于三台电机完全相同，且由三台完全相同的变频器驱动，故只要三台电机和变频器的电气和机械均差在允许范围之内，在采用 PLC 同步控制策略的情况下，则三台电机的转矩和转速将会完全一致，从而轻松实现三台电机之间的功率平衡和速度同步，并提供可调验带速度，由此降低快速起动/快速停车过程对机械和电气系统的冲击，避免撒料与叠带，有效抑制胶带输送机动态张力波可能对胶带和机设备造成的危害,延长输送机使用寿命，增
11、加输送系统的安全性和可靠性。 六、变频器现场应用情况 该套系统于 2011 年 12 月 12 日成功投运，至今运行正常，没有出现任何故障。皮带机应用变频具有以下优点： (1) 真正实现了皮带机系统的软启动。变频器的软启动功能，将电机的软启动和皮带机的软启动合二为一，通过电机的慢速启动，皮带机7缓慢启动，将皮带内部贮藏的能量缓慢释放，皮带机的启动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害。 (2) 平稳的重载启动。变频器低频运转可输出 2.2 倍额定力矩，适于重载启动。 (3) 节省维修费用。采用高压变频器后，对电网和机械传动设备基本无冲击，大大延长设备使用寿命。高压变频器自投运以来，一直稳
12、定运行，除正常清洁维护外，没有发生停产检修故障，这无疑节约了维修成本又保证生产不受损失。 (4) 验带功能。低速验带功能是皮带机检修的要求。变频调速系统为无极调速的交流传动系统，在空载验带状态下可调整 0 100% 额定带速范围内的任意带速。 七、结束语 综上所述，经过山西怀仁华夏煤业主斜井皮带机使用西门子罗宾康完美无谐波系列高压变频器装置改造后，实现了皮带机的软起、软停，不仅可以节约电能，而且降低现场维护量，带来可观的经济效益和社会效益。在皮带机上使用技术先进、成熟安全的高压变频调速系统可以全面实现高效调节现场工况，提高系统自动化程度，切实响应国家节能降耗的号召，值得大力推广。 参考文献： 1 李长明 高压变频器在矿山强力皮带机上的应用 电气时代 2012-02 2 党利军 高压变频器在煤矿皮带机上的应用 变频器世界 2010-804-
