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山西倡源公司金山坡下行皮带机变频控制方案上海伟肯实业有限公司2008-12-20公司简介上海伟肯实业有限公司位于上海市嘉定区南翔环球经济园，是集研发、生产、销售、服务为一体的高新技术企业。
主要产品有防爆变频器、通用变频器、在线式智能节电软启动器、防爆软启动器、防爆组合开关、剩余电流式电气火灾监控探测器、ＰＬＣ综合自动化控制系统等。
公司自创建以来，努力深化以人为本、技术领先的企业理念，集中了业内一流的智能电气技术精英，并与国内多家科研单位建立了良好的合作关系，力争产品达到行来领先水准。
同时，公司汲取国际先进的管理工作理念，制订了一套行之有效的管理制度，确保生产、检验、服务等各个环节的高品质。
经过不懈的努力，公司在全国同行中迅速崛起，产品广泛应用于火电、矿山、输配电设备、建筑等诸多领域，并取得国家多项技术专利。
领先的技术和卓越的品质得到业界一致的认可，量身定做的自动控制方案更为最终用户提供最完美的控制与驱动。
我们坚持稳中求进、持续发展的企业使命，改变一切不适应市场发展趋势的经营观念与行为习惯，进一步激发团队的激情，不断的超越自我，与合作伙伴一起，全面致力于开拓我国智能化电气的新时代。
井下皮带机控制现状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；还有皮带、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。
这对于现在创建节能型社会是不相符合的，对煤矿企业的皮带输送机进行变频改造对节约社会能源、增加煤矿企业的经济效益都具有非常现实的经济意义和社会意义。
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。
皮带机集控系统优点概述一、概述国内现有大多数矿用皮带输送机一般都采用工频拖动。
由于电机长期工频运行加之液力耦合器调速精度低、效率低等问题，造成皮带运输机运行起来非常耗能；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；还有皮带、液力耦合器的磨损和维护等问题都会给企业带来沉重的负担。
皮带机集控系统系统很好的解决了以上问题，从调速控制方式、传动设备性能、故障集中处理等方面根本解决了液力耦合器系统的弊端。
液力耦合器控制系统存在的问题1.液力耦合器系统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。
电机的起动电流很大，引起电网电压的剧烈波动。
这样会造成电机内部机械冲击和发热等现象，减少机械寿命。
2.液力耦合器系统会加大维护难度和成本、污染环境。
3.液力耦合器系统在多机驱动同一皮带时难以解决功率平均和同步问题皮带集控系统是一种实现煤矿皮带机集中控制及保护的智能化系统。
系统采用可编程控制器，具有高可靠性、灵活性和强大的I/O容量。
系统可组成不同规模、不同功能的自动化控制系统，既可控制单条皮带机，又可实现对由多条皮带机组成的运输系统的集中控制。
该系统集监视、控制于一体，具有自动化程度高、安全性高、实用性强、运行可靠等优点，能实现皮带运输系统现场岗位的无人值守，从而达到减人增效、提高矿井安全程度的目的。
二、皮带机集控系统组成整套皮带集控系统由集控中心、通信网络系统、控制分站、保护传感器及工业电视系统组成。
其中集控中心负责整个系统的监测与控制，上位机系统负责操作员与现场设备进行信息交流与传递，操作员通过人机界面获取现场设备的信息，必要时向现场设备发出控制指令。
通信网络系统采用工业以太网进行数据传输，传输介质为光纤，负责控制中心上位机与现场设备间的通信，将现场设备采集到的信息以及程序的内部的信息传送到地面上位机管理系统，同时也可将上位机系统发出的控制指令传送到控制器。
控制分站由控制箱和操作台组成，该系统可根据需要来编写相应控制程序，实现具体的控制功能，负责实现各个皮带系统的就地手动、集控等功能。
防爆变频调速装置在屯兰矿带式输送机中的应用摘要本文主要介绍了防爆变频装置的原理、特点及在屯兰矿带式输送机中的具体应用情况，通过该项目的投资、监测、研究，对其技术原理、节能指标经济效益和市场潜力等方面进行综合评价，分析该技术的经济社会效益及推广的可行性。
关键词防爆；变频调速装置；带式输送机；软起动；节能；效益中图分类号td5 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2010）33-0217-021 概述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；还有皮带、液力耦合器的磨损和维护等问题都会给矿井带来很大数额的费用问题。
这对于现在创建环境型、节能型矿井是不相符合的。
屯兰矿作为年产500万t的大型现代化矿井，自动化水平较高，吨煤人工费用所占比例不大，而电费所占比例随之增大。
为了降低成本，增强企业竞争力，节约电能损耗，屯兰矿非常重视利用现代调速技术节约能量，现已在带式输送机等大功率设备上使用变频调速装置，并取得了明显的经济及社会效益。
2 皮带机及变频器的基本原理皮带机工作原理：皮带机通过驱动轮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。
以往屯兰矿及国内大多数煤矿都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，电机的起动电流很大，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，对皮带强度要求较高。
加之液力耦合器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，还会在多电机机驱动同一皮带时难以解决功率平均和同步问题。
变频调速技术在煤矿运输机中的有效运用文章对变频调速技术的原理进行研究，分析煤矿运输机的运行特性，以及变频调速技术在煤矿运输机中应用的特点，从煤矿运输机运行的初级阶段以及非稳定状态下分析变频调速技术在其中的具体运用情况，以供参考。
标签：变频调速技术;煤矿运输机;应用1引言在煤矿生产中，运输机是常用的煤炭运输设备，也是煤矿生产系统中主要的运输工具，其动力来源通常为三相异步电动机，其运行的可靠性和经济性直接决定着煤矿生产整体的可靠性和经济性。
在目前的煤矿运输机中采用变频调速技术，就是通过对电动机的供电频率的改变对其运行速度进行控制，是一种具有先进调速方式和显著节能效果的技术。
变频调速技术在煤矿运输机中的有效运用可以提高运输机的效率，并对运输机的运行起到保护的作用，促进煤矿更好的发展。
2变频调速技术分析异步电动机的转速与电源频率的关系式如公式2.1所示。
其中，n为异步电动机每分钟的转速;f为交流电源的频率;s为转差率;p为磁极对数。
在异步电动机的实际使用过程中，由于转差率s的变化不大，在忽略s 的情况下，电动机的转速则可以看成与交流电源的频率成正比例關系。
如果可以对供电设备采用平滑调节的方式，则可以实现对异步电动机转速进行平滑的调节，这就是变频调速技术的基本思想。
变频调速系统就是通过变频调速装置将电网电源的电压和频率转换为可以调节的交流电源，从而通过改变交流电的频率对异步电动机的转速进行调节和控制。
3变频调速技术的应用价值3.1煤矿运输机的运行特性煤矿运输机最大的运行特点就是恒速负载，尤其是运输机系统在不同的低速扭矩下运行时，其运行速度基本保持恒定不变。
在煤矿运输机进行煤矿、材料等的运行生产过程中，其运行速度的恒定性，只是负载电阻在一定的范围内进行变化时会引起扭矩的轻微变化。
但是煤矿运输机的运输距离通常较远，尤其是其在冬季进行长时间的低速运行时，需要采用专用的低速驱动系统来确保其以上特性，所以煤矿运输机系统具有结构和功能的复杂性。
浅析煤矿机电设备中变频技术的节能改造摘要：随着经济的发展，在煤矿开采的过程中，大功率的连续开采会导致煤矿机电设备长期处于负载状态，对煤矿开采的安全和运行进度都会产生很大的影响。
当前我国大力提倡节能减排，因此煤矿企业在煤炭资源的开采过程中，必须加强对煤矿机电设备的变频技术进行改造，以便提升设备的实际运行效率，这样才能更好地满足当前我国节能减排大方向的需求。
关键词：煤矿机电设备；变频技术；节能改造引言变频技术通过矿井提升机、皮带输送机、风机、采煤机等对煤矿机电设备进行转速调整，以达到帮助煤矿机电设备节能的目的。
随着我国科技的发展，变频技术已经越来越成熟，被广泛地应用到矿井的各类煤矿机电设备中，并取得了很好的节能效果。
目前，节能降耗已成为社会的流行趋势，对我国这样人口较为密集的国家，其意义更为深远。
煤矿作为我国耗电较多的企业，受到来自社会各方的关注，变频技术的发展无疑在最大程度上降低了煤矿对电能的消耗。
1变频节能技术概述1.1概念变频技术利用变频器对电流频率进行适当地调整，使煤矿机电设备的运行状态达到最佳。
变频器主要由键盘、控制主板和电机构成，其内部构造较复杂，但对其进行科学合理地运用能有效控制电流频率。
需要注意的是，在变频器的操作过程中，煤矿机电设备的电流不能改变，因此仅使用变频器不仅会造成电能浪费，还会缩短设备的使用寿命，此时则需要运用变频技术进行适当地调整。
1.2原理目前，绝大多数煤矿的机电设备中都应用变频节能技术达到节能降耗的目的。
变频节能技术为何能起到良好的节能效果，要从变频器的工作原理展开分析，变频器的技术路线是交－直－交的路线方式。
交－直－交指将电网的交流电通过一系列的技术手段整改成为直流电，再通过逆变器的方式将直流电改变成为煤矿机电设备所需要的交流电。
变频技术还包含交－交的变频方式，即不经过改变成直流电的过程，直接将煤矿机电设备不需要的交流电转变成为需要的交流电。
但此技术会严重污染矿井电网，因此没有在煤矿机电设备中得到应用。
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；还有皮带、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。
这对于现在创建节能型社会是不相符合的，对煤矿企业的皮带输送机进行变频改造对节约社会能源、增加煤矿企业的经济效益都具有非常现实的经济意义和社会意义。
一、皮带输送机的结构组成华北某煤矿400米井下采煤作业面采用三段式皮带下行传送；第一段向下运输，水平距离950米，提升高度116.3米；第二段向下运输，水平距离680米，提升高度25米；第三段向下运输，水平距离630米，提升高度84.2米。
运输能力为3000吨/小时（最大），皮带带宽1.4米，皮带机运行速度为4m/s，运输方式为下运。
改造前的拖动方式为每段皮带机由两台1140V、250KW饶线式三相异步电动机经液力耦合器同轴连接；皮带机的启动和运行方式为，绕线电机经转子绕组降压启动后工频运行，经液力耦合器切换至皮带机。
第一、二段皮带机的电机分别由同一线路的两台变压器供电，第三段皮带机的电机由同一线路的另一台变压器供电。
改造前各段皮带机自成体系，互不联系，均采用手动运行方式，皮带机启动后电机恒速运行，采用调节液力耦合器的机械效率来调整皮带的速度。
该煤矿井下采区皮带机纵剖面示意图如图1，水平面剖面示意图如图2所示。
二、皮带机的工作原理和特点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，在启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，但电机的启动电流仍然很大，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，由于启动时间短、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。
三、三相异步电动机四象限动态运行分析1、从图1可以看出该皮带机是向下输煤至主井，从图2可以看出同一皮带机上的两台电机是同轴连接，当皮带机工作时两台电机分别一台正转、另一台反转。
以第一段皮带机的1#和2#电动机为例，当皮带机空载运行时，1#电机反转、2#电机正转，皮带机下行运动；此时电机的输出转矩通过液力耦合器转换后作用在皮带机驱动轮毂上，并与上层皮带自重沿传输面重力分量作用在皮带机驱动轮毂上的力矩合成。
合成的驱动力矩与驱动轮毂受到的皮带摩擦力阻力合力矩相平衡，皮带机空载运行；此时1#电机处于反转电动态，工作在第三象限；2#电机处于正转电动态，工作在第一象限。
当皮带上煤后，煤的重力沿皮带传输方向的分力也作用在驱动轮毂上，并使得驱动力矩逐渐增大；当驱动力矩超过摩擦阻力力矩后，驱动轮毂的转速将加速转动，通过机械连接使得电机转子也加速转动，其速度将超过同步转速；此时1#电机处于反转再生态，工作在第四象限；2#电机处于正转在生态，工作在第二象限。
电机运行在第一、第三象限内时为电动态，其定子中的旋转磁场、电机的输出电磁转矩与转子的转向同向，电机输出的电磁转矩是转子的驱动力矩，此时电机从电网吸收的电能大部分由电磁转矩作用到转子上以机械能形式输出。
当电机运行在第二、第四象限内时为再生态，由于转子切割磁力线的方向发生了改变，故电机作用到转子上的电磁转矩方向也发生改变，成为转子的制动阻力力矩；此时电机转子被负载的合成力矩拖着以超过同步转速的速度转动，负载作用在皮带机驱动轮毂上的机械能由电机反馈回电网。
故在进行下行皮带机变频改造时，应选用四象限带能量回馈的专用变频器。
三相异步电动机在四个象限运行的特征曲线如图3所示，变频驱动三相异步电动机在四个象限的运行特征曲线如图4所示。
2、变频器驱动三相异步电动机的启动情况可以分为电动态启动、再生态启动和空载启动。
为了防止启动时因为拖动系统速度不为零而造成电机和变频器发生过载情况，变频器在电机启动前预先输出零赫兹的力矩电流，即变频器对电机预先输出一个直流力矩TL与负载力矩相平衡，保证拖动系统启动时初速度为零，这样变频器启动后逐渐升高输出频率，并保持输出转矩基本不变（视启动后负载力矩情况而定），实现电机的带载启动。
当变频器输出频率到达设定频率后，电机按该频率下的特征曲线运行。
图5、图6分别为变频器驱动三相异步电动机电动态启动和再生态启动时电机的特征曲线变化图，图中箭头为启动时变频器输出频率、输出转矩、电机转速及特征曲线等参数的变化方向。
四、皮带机变频改造1、皮带机变频技术改造措施根据以上分析可以知道，因为下行皮带机运行时其驱动电机会运行在四个象限内，这就需要驱动用变频器是四象限带能量回馈型变频器。
同时根据皮带机的工作情况，需要变频器能够在电机带载启动、空载启动或是停机时能够输出直流制动力矩，以保证皮带机平稳启动、停止，减小机械冲击。
为使该皮带机同轴的两台电机能够实现转矩平衡，在变频改造中采用同轴的两台电机的两套逆变单元公用直流母线、统一控制指令，公用一套整流单元和回馈单元。
这样控制系统检测控制两台电机的输出转矩，使之达到转矩平衡，彻底解决扭震、共振等问题。
为使整个皮带机系统达到同步，可以将所有变频单元里的直流母线共同连接，将控制系统设成主从控制；系统检测所有电机的输出转矩，经运算后控制各电机的输出转矩达到统一平衡，从而实现所有电机转矩平衡和速度同步。
将所有变频单元的直流母线连接在一起，还可以实现变频器内部整流单元、逆变单元和回馈单元的冗余连接。
当某一个整流或回馈单元发生故障时，可以由其他的整流和回馈单元来完成整流和回馈功能。
如果当某一个逆变单元故障时，则系统检测负载状况，并计算其余电机能否拖动整个皮带，如果可以则由其余逆变单元和电机继续工作。
在改造中保留原有工频启动柜，将其作为变频运行的工频旁路备用，提高设备的应急运行能力。
对于该中压变频器的一次供电，采用同一线路的两台6KV变1140V的电力变压器并列运行向1#～4#电机的变频器供电，同一线路的另一台6KV变1140V的电力变压器单独向5#、6#电机的变频器供电。
这种一次供电方案在一定程度上提高了供电系统运行的可靠性，在一定程度上降低了整个皮带机供电系统全部停电的风险。
皮带机变频改造主电路原理图如图7所示。
2、皮带机自动控制系统的改造皮带机自动控制系统采用西门子S7-300 PLC以主从方式通过Profibus DP通讯完成连接。
井上中控室S7-300 PLC 设为主站，通过CP342-5 FO 主从通讯处理器光纤接口，使用光纤连接井下S7-300 PLC 从站。
井下S7-300 PLC 从站和中压变频器都装置在防爆壳体内，并在井下集中安装，采用安全隔离模块隔离处理变频器和皮带机张力检测模拟量信号。
通过Profibus DP网络可以将皮带机自动控制系统与整个煤矿的DCS系统相连接，也可以通过安装LE/PB Link和整个煤矿的工业以太网连接。
在中控室设上位监控计算机，使用西门子WinCC组态软件，可以对皮带机进行实时监控，并可以使用该软件的历史数据记录功能记录历史数据和报警数据。
PLC控制系统完成对变频器的起、停控制，实现各电机等速启动和同步控制，对各电机进行过流、过载、短路、断路检测和保护，同时能够实现对皮带跑偏检测、皮带堆煤等保护。
图8和图9分别为皮带机自动控制系统示意图和上位机监控画面。
3、皮带机变频改造中机械结构的改造措施皮带机变频改造后，将原有的电气柜保留作为工频旁路，同时将液力耦合器的效率调至最大；如果调试中变频器发生故障，则可以利用原有的工频启动柜应急运行，启动时调整液力耦合器效率为零，电机空载启动，启动后适当调整液力耦合器效率。
当整个设备运行调试完成后，实验运行一段时间证明设备整体运行稳定、良好后，可以拆除液力耦合器，将皮带转轴直接连接到电机上。
拆下的液力耦合器入库储存备用，如果发生变频器故障需要工频运行时，可以把相应的液力耦合器再装上实现应急运行。
五、基于IGBT直接串联技术的基茨系列中压变频器IGBT是双极性隔离门极晶体管的缩写，是具有自关断特性的高速功率元件。
由于IGBT模块的耐压问题，使得IGBT串联问题成为了世界公认的尖端难题。
为了避开IGBT串联问题，国外众多品牌普遍采用单元串联多电平技术来生产中高压变频器。
这使客户需要花费大量金钱购买体积巨大、结构复杂的多副边移相降压变压器，不仅投资大，而且运行起来很不经济；更重要的是这种类型的过渡型中高压变频器根本无法实现电机四象限运行,也就决定了其无法用于皮带机。
国产基茨系列中高压变频器采用了吴氏3/2钳压技术，该专利技术的使用在世界上首次实现了IGBT模块直接串联使用，使中高压变频器真正意义上做到了能够在四象限运行和实现了公用直流母线功能。
同时国产基茨系列中高压变频器还采用了抗共摸电压技术、谐波拟制技术、正弦波技术等多项专利技术，使得国产基茨系列中高压变频器已经成为世界上唯一品牌的中高压通用型变频器。
结束语经过变频技术改造后皮带机运行良好，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。
改造后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；而且四象限中高压变频器的使用实现了皮带机能量回馈功能，进一步使得皮带机的能耗降低；液力耦合器的退出更大地节约了设备的维护和维修费用。
经过改造后的运行，事实证明国产基茨系列中高压变频器与众多国内外过渡型中高压变频产品相比，有着无法比拟的优越的产品性能和无法超越的技术领先优势；在煤炭行业的节能改造中应用能够创造巨大的经济效益和良好的社会效益，对于创建节能环保型的社会发挥着重要的作用。
