第一篇：高压变频器在煤矿皮带运输机中的应用
论文
高压变频器在煤矿皮带运输机中的应用
闫国刚 八宝煤业（集团）公司
高压变频器在煤矿皮带运输机中的应用
摘 要:本文主要介绍了国产高压变频器在煤矿皮带运输机中的应用情况。针对由2台高压异步电机拖动的皮带运输机，采用了一系列方法成功的解决了皮带运输机运行中的同步、功率平衡、调速等问题。成功地应用在白山八宝煤矿主提升皮带机。应用情况表明，改造是成功的。
关键词：高压变频器 功率单元串联多电平煤矿皮带运输机 同步控制 调速
一、引言
随着电力电子技术、控制技术和电力器件制作工艺的进步，变频器技术发展迅速，尤其是国产变频器的发展更是如此，国产变频器经历了一段曲折的路程，现在走上了飞速发展的时期，国产变频器在风机、水泵等一般负载上的应用已成熟，但在提升机、皮带运输机等特殊负载上的应用实例还不多。矿用皮带输送机一般都采用工频拖动，液力耦合器传动，存在传动效率低、启动时电流冲击及机械冲击大、无法平衡功率等问题，造成了系统运行不经济；皮带及皮带架子损坏和液力耦合器及减速机磨损严重，维修及维护成本高；存在无功环流损耗。因此，对皮带运输机进行变频改造，不但大大减轻皮带机各环节的损坏程度，有利于降低企业生产成本，提高企业经济效益，还符合国家建设节约型社会的主题，具有非常现实的经济意义和社会意义。
二、煤矿皮带运输机的变频改造
1、皮带运输机的工作原理
皮带运输机是通过电机驱动滚筒，靠皮带和滚筒间的摩擦力牵引皮带，皮带通过张力变形在支撑辊轮上运动。皮带是一个弹性体，在静止或运行时皮带内贮藏了大量的能量，在皮带机起动过程中，如果不加设软起动装置，皮带内贮藏的能量将很快释放出去，在皮带上形成张力波并迅速沿着皮带传输出去，过大的张力波极易撕断皮带。因此，带式输送机必须加设软起动装置。目前煤矿采用的软起动装置绝大部分是在电机和滚筒间串接液力偶合器。
2、皮带运输机的运行工况
原皮带机是双主动辊驱动，采用两台电机拖动，电机功率为220KW，减速机传动比为55.49，起动方式是采用直接起动，即一台电机先送电起动，间隔1秒左右，起动电流降下来后，另一台电机再送电起动。在电机与减速机之间采用液力耦合器连接，以减小机械冲击。皮带机起动起来以后始终以一个速度运行，皮带运行速度为2米/秒。
3、变频改造的必要性
原系统采用液力偶合器解决了皮带机的起动问题，但仍具有明显的缺点：(1)只能在空载时起动，起动电流大。采用液力偶合器时，电机必须先空载起动。起动电流为电机额定电流的5--7倍。很大的瞬间起动电流会在起动过程中产生冲击，起动瞬间会使电网电压下降，影响电网内其它用电设备，另外，还会引起电机内部机械应力和热应力发生变化，对机械部分造成严重磨损甚至损坏。(2)液力偶合器长时工作时，引起液体温度升高，熔化合金塞，引起漏液，增大维护工作量，污染环境。(3)采用液力偶合器时，皮带机的加载时间较短，容易引起皮带张力变化，容易引起皮带断裂和老化，因此对皮带强度要求较高，另外，起动速度快，突然起动加速，对减速机及皮带架子等机械部分的机械冲击相当大，对其造成的损坏程度也很大，相对减少其使用寿命。(4)皮带运输机系统采用两台电机驱动，存在两台电机间的功率不平衡问题，重载时更为明显，直接影响了皮带运输机的最大运量。(5)原系统不能实现调速，在皮带检修时，皮带速度快，增加了工人检修的难度。
三、皮带机变频器的技术特点
吉林八宝煤业有限责任公司强力皮带运输机皮带运输机担负着井下煤炭外运的任务，一旦皮带运输机出现故障就会使全矿停产，直接影响煤矿的产量，故对变频器的可靠性要求极高；又由于井下设备与皮带运输机共用，故要求变频器对电网有较低的的谐波干扰。故皮带机变频器具有以下技术特点，适应皮带运输机的特点和现场工况，1.基本技术与性能要求
1.1.变频装置输出谐波及对电网反馈的谐波符合IEEE519 1992及中国供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标GB14549-93对谐波失真的要求。输入功率因数高（大于95%），电流谐波小（远小于国家标准5%），不需要功率因数补偿和谐波抑制装置就可满足现场条件。
1.2.变频装置对电网的波动有较强的适应能力，在-10％～＋10％电网电压波动时，可满载输出；可以承受-20％、+15%的电网电压波动而正常运行，完全适应煤矿恶劣的电压环境。
1.3.变频装置带故障自诊断功能，对所发生的故障类型及位置提供中文指示，能在就地显示并远方报警，便于操作人员和检修人员能及时辨别和解决所出现的问题。1.4.变频器的最大输出力矩不小于电动机额定力矩的200%，运用提升机变频器起动控制技术，可使电机能在较大的重载下启动，可适应负载的突变。
1.5.变频器能够对2台电机的同步启动、停止功能。在运行过程中能够自动地实现转差调节和功率平衡调节；
1.6.变频器采用5速度段控制，每个速度段可分别设置，简化了操作工的操作步骤。2.皮带运输机变频调速系统 2.1.变频器主回路图
皮带运输机采用一拖一方式，其主电路如图1所示。
两台变频器分别拖动两台电机，K1、K2组成变频通路，K3为工频旁路通路。
2.2.变频器控制系统
变频器采用远程控制，操作工可远程开机、停机以及监测变频器运行参数和运行状态；变频器采用波段控制，共分5个波段，可根据工况要求事先设好这5个速度段，操作工可根据实际工况来自由选择运行速度；两台变频器之间可实现联动控制（可在操作界面设置）；变频器具有自动功率平衡功能，可实现两台电机的同步运行。2.3.变频器的运行方式
双机运行：两台变频器都必须设为双机运行，并且其中一台设为主机，另一台设为从机，当两台变频器都具备起动条件后，变频器的开机操作才有效；变频器运行后，主机按给定频率运行，另一台跟随运行，两台变频器各自实时检测输出电流、电压等参数，经过内部运算获得电机的转差率、转速、功率等，这时从变频器再与主控变频器的相应运行参数进行比较，获得两机的运行偏差信号，经从机CPU运算后输出新的PWM控制信号，来调整从机的输出频率和功率，以实现变频器的同步运行和自动功率平衡。
单机运行：两台变频器都可设为单机运行，当设为单机运行后，只能起动其中一台变频器，两台变频器无关联。2.4.变频器保护功能
变频装置系统有过压、过流、欠压、短路、过载、过热、缺相等保护功能。变频器可与原皮带机综合保护装置如烟雾、打滑、跑偏、煤位、瓦斯、纵向撕裂、急停等对接，并完成各项安全保护性能，具体综合保护处理方案可由用户在人机界面上设定。一旦出现系统出现故障，变频器将发出声光报警信号。所有故障情况及故障位置，均在人机界面上显示出来，便于用户根据故障情况采取相应措施。
四、变频改造后的运行效果及分析
1.真正实现了皮带运输机系统的软起动
运用变频器对皮带运输机进行驱动，运用变频器的软起动功能，将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一，通过电机的慢速起动，带动皮带机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害。2.实现皮带机多电机驱动时的功率平衡
应用变频器对皮带机进行驱动时，采用主从控制，实现功率平衡。
3.降低设备的维护量
变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。同时，利用变频器的软起动功能实现皮带运输机的软起动，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机起动时对皮带架子及减速机等机械部份的冲击及损坏。不但减少了事故率以及维修量，同时降低了维修费用，4.方便皮带检修
采用变频调速后，可将皮带机运行速度降到很慢，解决了以前由于皮带机运行速度过快而难于检修皮带的问题，缩短了检修时间，提高了皮带的检修效率。
5.提高运输能力
改造前，若想提高皮带运行速度很难，因为皮带速度越高，要求减速机的减速比越小，电机的功率越大，起动时对电气及机械系统的冲击越大，相对带来的损害也越大，采用变频起动后，由于起动为软起动，速度是从零开始慢慢增加，所以即便提高皮带运行速度，也不会增加电气及机械方面的起动冲击能量，不会带来不良影响，经改造后，减速机的传动比由原来的55.49改为45，电机功率由原来的220KW改为280KW，皮带运行速度由原来的2米/秒提高到2.5米/秒，皮带机的运行速度增加了25%，提升能力由原来的188吨/小时提高到230吨/小时，大大提高了皮带机的运输能力。6.节约能源
通常情况下，煤矿用电机在在设计选型时都留有较大的裕量，工作时绝大部分不能满载运行，电机工作于满电压、满速度而负载经常很小，也有部分时间空载运行。由电机设计和运行特性知道，电机只有在接近满载时才是效率最高、功率因数最佳，轻载时降低，造成不必要的电能损失。这是因为当轻载时，定子电流有功分量很小，主要是励磁的无功分量，因此功率因数很低。采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.9以上，大大节省了无功功率。
采用变频器驱动之后，电机与减速器之间是直接硬联接，中间减少了液力偶合器这个环节。而液力偶合器本身的传递效率是不高的，并且液力偶合器主要是通过液体来传动，而液体的传动效率比直接硬联接的传动效率要低许多，因而采用变频器驱动后，系统总的传递效率可提高5%～10%。
在变频运行中，在运煤量不大的下或空载的情况下，可将皮带机的运行速度降低，也可节约一部分电量。
从整体上看，虽然皮带机的电机功率增大了，传动比减小了，皮带运行速度提高了，提升能力提高了，但用电量相对减少了，据不完全统计，改造后吨煤电量可减少0.46度，按06年120万吨产量计算，年节约电量为55.2万度，仅电费每年可节约25万元。
综上所述，采用变频器对传统的皮带输送机系统进行改造，不仅有利于提高皮带输送系统的运行效率和运行稳定性，还可带来的巨大经济效益及社会效益。因此，随着社会的发展，在皮带输送领域，变频器将最终取代液力偶合器的主导地位。
第二篇：煤矿皮带运输机故障研究
煤矿皮带运输机故障研究
摘要： 随着煤炭工业的迅速发展，煤矿井下运输系统发生了很大变化，特别是最近几年，矿井井型向大型化发展，皮带运输机运行状况的好坏，在生产环节中占有至关重要的地位。本文对煤矿皮带运输机常见的故障进行分析，并提出维护措施。关键词： 煤矿
皮带运输机
故障
维护 0 引言
皮带运输机是煤矿的主要生产设备之一，特别是大型现代化煤矿，从工作面直到装车站，煤的运输几乎全由各类运输机传送。根据多年对井下皮带运输机运行状态管理和系统调查表明，目前井下(包括地面配套)皮带运输机普遍存在跑偏、撒料、异常噪音、减速机的断轴、皮带打滑等故障，所以对皮带运输机的故障加以研究，对减少设备、配件损耗，提高设备使用寿命，增加运输能力以及安全运行等都有十分重要的意义。1 煤矿皮带运输机常见故障及其维护方法 1.1 皮带打滑故障
1.1.1 电机绞车张紧或液压张紧皮带机的打滑
使用电机绞车张紧或液压张紧的皮带运输机出现打滑时可调整张紧行程来增大张紧力。但是，有时张紧行程已不够，皮带出现了永久性变形，这时可将皮带截去一段重新进行硫化或铆扣。
1.1.2 重锤张紧皮带运输机皮带的打滑
使用重锤张紧装置的皮带运输机在皮带打滑时可添加配重来解决，添加到皮带不打滑为止。但不应添加过多，以免使皮带承受不必要的过大张力而降低皮带的使用寿命。1.2 皮带运输机皮带跑偏故障 1.2.1张紧处的调整
皮带张紧处的调整是皮带运输机跑偏调整的一个非常重要的环节。重锤张紧处上部的两个改向滚筒除应垂直于皮带长度方向以外还应垂直于重力垂线，即保证其轴中心线水平。使用电机绞车张紧或液压油缸张紧时，应保证张紧滚筒所在的游车平稳地在轨道内前后移动，以保证滚筒轴线与皮带纵向方向垂直。具体的皮带跑偏的调整方法与滚筒处的调整类似。1.2.2 调整承载托辊组
皮带机的皮带在整个皮带运输机的中部跑偏时可调整托辊组的位置来调整跑偏;在制造皮带时托辊组的安装架两侧都要预留调偏卡口，以便进行调整。具体方法是皮带偏向哪一侧，托辊组的哪一侧朝皮带前进方向前移，或另外一侧后移。皮带向上方向跑偏则托辊组的下位处应当向左移动，托辊组的上位处向右移动。1.2.3 安装调心托辊组
调心托辊组有多种类型如中间转轴式、四连杆式、立辊式等，其原理是采用阻挡或托辊在水平面内方向转动阻挡或产生横向推力使皮带自动向心达到调整皮带跑偏的目的。一般在皮带运输机总长度较短时或皮带运输机双向运行时采用此方法比较合理，原因是较短皮带运输机更容易跑偏并且不容易调整。而长皮带运输机最好不采用此方法，因为调心托辊组的使用会对皮带的使用寿命产生一定的影响。1.2.4 调整驱动滚筒与改向滚筒位置
驱动滚筒与改向滚筒的调整是皮带跑偏调整的重要环节。因为一条皮带运输机至少有2～5个滚筒，所有滚筒的安装位置必须垂直于皮带运输机长度方向的中心线，若偏斜过大必然发生跑偏。其调整方法与调整托辊组类似。对于机头滚筒如皮带向滚筒的右侧跑偏，则右侧的轴承座应当向前移动，皮带向滚筒的左侧跑偏，则左侧的轴承座应当向前移动，相对应的也可将左侧轴承座后移或右侧轴承座后移(或利用顶丝调整滚筒轴)。尾部滚筒的调整方法与头部滚筒刚好相反。经过反复调整直到皮带调到较理想的位置。在调整驱动或改向滚筒前最好准确安装其位置。1.3 皮带运输机的撒料故障 1.3.1 皮带运行中过渡不稳
设计安装时采用过渡托辊，用于头部和尾部滚筒至第一组槽型托辊之间，可使运输带由平形逐步成槽形或由槽形逐步展平。可以减小输送带边缘张力并防止突然摊平时撒料。采用槽角为20°和10°的托辊各一组。1.3.2 转载点处的撒料
转载点处撒料主要是在落料斗、导料槽等处。如皮带运输机严重过载，皮带运输机的导料槽挡料橡胶裙板损坏，导料槽处钢板设计时，距皮带较远橡胶裙板比较长，使物料冲出导料槽。上述情况通过控制运送能力、加强维护保养得到解决。1.3.3 跑偏时的撒料
皮带跑偏时的撒料是因为皮带在运行时两个边缘高度发生了变化，一边高，一边低，物料从低的一边撒出，可通过调整皮带跑偏解决。1.5 减速机的断轴故障
1.5.1 减速机高速轴设计上强度不够
这种情况一般发生在轴肩处，由于此处有过渡圆角，极易发生疲劳损坏，如圆角过小会使减速机在较短的时间内断轴。断轴后的断口通常比较平齐。发生这种情况应当更换减速机或修改减速机的设计。1.5.2 高速轴不同心
电机轴与减速机高速轴不同心时会使减速机输入轴增加径向载荷，加大轴上的弯矩，长期运转会发生断轴现象。在安装与维修时应仔细调整其位置，保证两轴同心。在大多数的情况下电机轴不会发生断轴，这是因为电机轴的材料一般是45号钢，电机轴比较粗，应力集中情况要好一些，所以电机轴通常不会断裂。1.5.3 双电机驱动情况下的断轴
双电机驱动是在同一个驱动滚筒上装有两台减速机和两台电机。在减速机高速轴设计或选用余量较小时比较容易发生断轴现象。过去皮带运输机驱动不采用液力偶合器此类情况较易发生，原因是两台电机在启动与运行时速度同步和受力均衡难以保证。现在，大多数已采用了液力偶合器断轴和电机软起动装置，此类现象较少发生，但使用时应注意不可将偶合器加油量过多，以便使其具有限力矩作用和提高偶合器的使用寿命。1.4 异常噪音故障
1.4.1 托辊严重偏心时的噪音
皮带运输机运行时托辊常会发生异常噪音，并伴有周期性的振动。尤其是回程托辊，因其长度较大，自重大，噪音也比较大。发生噪音的原因主要有两个原因。一是制造托辊的无缝钢管壁厚不均匀，产生的离心力较大。二是在加工时两端轴承孔中心与外圆圆心偏差较大，使离心力过大。在轴承不损坏并允许噪音存在的情况下可以继续使用。1.4.2 联轴器两轴不同心时的噪音
在驱动装置的高速端电机与减速机之间的联轴器或带制动轮的联轴器处发出的异常噪音，这种噪音也伴有与电机转动频率相同的振动。发生这种噪音时应及时对电机减速机的位置进行调整，以避免减速机输入轴的断裂。1.4.3 改向滚筒与驱动滚筒的异常噪音
改向滚筒与驱动滚筒正常工作时噪音很小，发生异常噪音时一般是轴承损坏，轴承座处发出咯咯响声，此时要更换轴承。2 结束语
皮带运输机煤矿井下生产系统的一个关键环节，对皮带机正确地进行使用、日常维护、保养非常重要，如：检查所有紧固件并确认没有松动；清洁皮带并确认皮带完好，如发现皮带破损应及时更换；检查电机减速箱内的润滑油并确保正常；检查皮带张紧度并调整至适当，等等这些是非常必要的，同时，通过本文的论述，对皮带运输机的日常故障处理有一定的借鉴意义，更好的为煤矿生产服务。
第三篇：德力西变频器在煤矿皮带机上的应用方案
德力西变频器在煤矿皮带机上的应用方案
国产德力西变频器在煤炭矿井采煤作业面输送皮带机变频改造中的应用;详细地叙述了输煤皮带机的工作原理和变频改造的方法。分析了三相异步电动机在四个象限的工作状态，介绍了采用IGBT垂直串联技术的国产德力西变频器。本改造案例是国产德力西变频器在煤炭矿井输送机上的典型应用实例，为国内各煤矿企业类似的改造提供了范例。
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。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。皮带机变频改造.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。
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。
5基于IGBT直接串联技术的德力西变频器
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。国产德力西变频器采用了吴氏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。同时国产德力西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，使得国产德力西变频器已经成为世界上唯一品牌的中高压通用型变频器。
6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，事实证明国产德力西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。
第四篇：高压变频器使用手册——中英文版-前言
前
言 Preface
前
言
Preface
首先，非 常感谢 您选 用 PowerSmart TM 系 列高压 变 频器，它 系哈尔 滨九 洲 电气股份 有 限公司（简称 JZE 公司）荣誉出 品。Firstly, we appreciate you very much for choosing high voltage Drive of PowerSmart TM series which is produced by Harbin Jiuzhou Electric Co., Ltd(JZE Company for short).JZE 公司严 格贯 彻执行 ISO9001-2000 国 际质量 保证体系 标准，产 品性 能可靠，已 在 电力能源、冶 金钢铁、市政供水、石 油化工 等 行业大量 应用。JZE Company implements standards of IS09001-2000 International Quality Guarantee System strictly, our products have reliable performance, which have been applied greatly in electric power energy, iron & steel, municipal water supply, petrochemical and other industries.PowerSmart TM 系列 高压 大功率调 速产 品已经 通 过了国家 电控 配电设 备 质量监督 检验 中心的严 格检 测，性能 优良，对电 网和 电机的 谐波污染 极小，被誉为 “无谐波的 绿色 变频 器”。Our High-Voltage Large Power Speed Regulation Products of PowerSmart TM series have been inspected strictly by National Electric Control& Distribution Equipment Quality Supervision and Testing Center with perfect performance, which have little harmonic pollution for electric net and motor and are called “Harmonic-free Green Transducer” with honor.该产 品 在出 厂 前 已经 进 行了 严 格的 测 试 和检 验，为 合 格产 品，请放 心 使用。在安 装 及使用前，请 您仔细 阅 读本使用 手册，并妥 善 保管，必 要时 应请厂 家 技术人员 协同 安装 和调试。Our products have been tested and inspected strictly before delivery, which are qualified product, please use with assurance.Before installation and use, please read our manual carefully and keep properly;when necessary, cooperate with our technician to install and debug.
第五篇：高压变频器在电动机继电保护中的运用论文
摘 要：电动机的传统保护方式已经不能在适应现代电动机继电保护的需求，针对这个问题，本文主要对高压变频器简介、传统电动机保护配置与变频器电动机保护配置、高压变频器在电动机继电保护中运用时产生的问题、变频差动保护原理以及变频器电动机差动保护进行了分析。
关键词：高压变频器；电动机；继电保护
1.高压变频器简介
高压变频器的基本组成如图1所示。高压变频器的种类很多，其主要包括直接变频器（循环变频器）和间接变频器（脉冲调制型、负载换流型、中点钳位型、飞跨电容型、H桥级联型）。
2.传统电动机保护配置与变频器电动机保护配置
2.1传统电动机保护配置
异步电动机的故障有定子绕组相间短路故障、绕组的匝间短路故障和单相接地故障；不正常运行状态主要有过负荷、堵转、起动时间过长、三相供电不平衡或断相运行、电压异常等。因此，对于高压电动机，根据规程以差动保护或电流速断为主保护，以过负荷保护、过流保护、负序保护、零序保护及低电压保护等作为后备保护。
2.2变频器电动机保护配置
为了确保系统的可靠性，工频旁路一般都是用变频器来进行，这样也使电动机能够正常工作。如图3所示，在保证变频器检修时，开关K1、K2与主回路没有接触点，此时闭合开关K，电动机运行主要是通过旁路来进行。当按照此情况运行时，电动机由高压母线工频电压直接驱动，开关出线以及电动机本体就是进线开关QF处保护装置的保护对象。因此，电动机保护配置就需要根据常规电动机保护的要求进行，对于有差动保护要求的，需要增加电动机差动保护装置。当断开开关K3时，由变频器拖动电动机时，开关出线以及变频器就是进线开关QF处保护装置的保护对象。目前，由整流变压器等部分构成的变频器是发电厂比较常用的，也就是说，开关出线以及整流变压器是进线开关QF处保护装置的保护对象。此时电动机的负荷与母线隔离后高压变频器的负荷相同，因此，高压变频系统的控制器能够实现电动机的保护。当然也有些电动机无法实现差动保护，因为开关处电流与电动国际中性侧电流频率不同，此时步伐实现保护，只能选择退出。
目前变频器电动机保护配置方式主要存在两个问题：(1)对于2000kW以上的电动机，需要配置差动保护。因此，在变频器拖动电动机情况下，电动机差动保护退出，保护的可靠性受到影响。(2)任意时刻，变压器保护装置、电动机保护装置只有一台投入使用，降低了装置的使用效率。
3.高压变频器在电动机继电保护中运用时产生的问题
一般而言，高压异步电动机应装设纵联差动保护。对6.3MVA及以上的变压器应装设本保护，用于保护绕组内及引出线上的相间短路故障；保护装置宜采用三相三继电器式接线，瞬时动作于变压器各侧断路器跳闸，当变压器高压侧无断路器时，则应动作于发电机变压器组总出口继电器，使各侧断路器及灭磁开关跳闸。对2MVA及以上采用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器也应装设本保护。
目前而言，工变频互动方式是现场电动机加装变频器所采用的主要改造方式，其系统架构如图2所示。
变频器可以通过可编程逻辑控制器自动完成或者手动完成变频与工频之间的切换，但是条件是当变频器出现故障或者工况要求进入工频供电；在工频运行时，如果变频运行需要重新投入进行，那么工频与变频状态的切换就可以通过自动或者手动完成。
当电动机处于工频运行工况时，那么对于现场使用要求，常规电动机保护对此要求是能够满足的；当电动机处于变频运行工况时，由于变频器装置的加入，在频率、相位上，变频器的输入和输出电流之间的关系不大，如果其保护配置还是按照原来的方法进行，那么要想实现保护功能就受到了阻碍。因此，在具有高压变频器的电动机中，只需对电动机进行单独保护就行，不应将变频器纳入差动保护的范围。差动保护范围为：始端电流互感器应置于变频器的输出端，而非电源开关侧，末端电流互感器置于电动机的中性点侧。
电动机在变频运行工况时，变频器输出频率范围一般可以达到0.5~120Hz，现场实际调频运行范围一般在15~50Hz。而目前常用的微机保护装置均是根据行业标准设计的，即采用固定频率50Hz进行数字采样计算，如何让微机保护装置能够适用于大范围频率运行是变频电动机保护必须解决的问题。同时，考虑到在变频器电源输出侧不方便装VT，如何实时测量电动机运行频率也是需要解决的难题。
4变频差动保护原理
装置的宽频率运行采用实时频率测量、实时频率跟踪、实时电流互感器补偿的方式来实现引风机变频工况的差动保护。装置采用了电压和电流相结合的测频模式，当电压不能接在装置外回路时，此时采用电流测频。同时软件过零点测频算法和实时频率跟踪相结合是装置的频率测量的采用的主要方法，并且在此基础上，采用了幅值自动补充功能，主要是考虑到了不同频率下幅频特性的不一致，从而在不同范围内使装置具有可靠的采样精度得以保证，装置的正确可靠动作也得到了进一步的实现。
5．变频器电动机差动保护
高压变频器在电动机中的运用，在此情况下，如图3所示，由于电动机机端CT1与CT3两处的电流频率不同，而导致传统的电动机差动保护无法使用。目前磁平衡差动保护的应用主要存在以下问题：（1）目前发电厂使用的电动机基本上都无法提供磁平衡差动所需要的中性侧电缆引出。(2)磁平衡差动的电流是在变频器下方，非工频电流。对于微机保护，按照工频50Hz整定的定值不适用于非工频情况。由于差动保护的两侧电流必须为同一频率下电流。可考虑在变频器下方、电动机上方加装一组CT，即CT2，此组CT可安装于变频器柜中，由CT2和CT3两组电流构成差动保护。常规差动保护为相量差动，其原理是用傅里叶算法，根据一个周波的采样点计算出流入和流出电流的实虚部，再计算出差动和制动电流的幅值、相位后用相量比较的方式构成判据。由于电流非50 Hz工频，因此在进行傅里叶计算时需要通过频率跟踪保证计算结果的正确。由于变频器下方无电压引入，因此通过常规的电压跟踪频率方式无法实现。有厂家提出利用电流跟踪频率，但由于电流跟踪频率存在较大的误差，容易引起保护的误动、拒动，在实际中并不采用。
对于差动保护中采用的采样值差动，微机保护中所有通道采样均为电流在同一时刻的瞬时值:当被保护设备没有横向内部故障时，各采样电流值之和为零；当发生内部故障时，各采样电流值之和不为零。采样值差动保护就是利用采样值电流之和按一定的动作判据构成。
与常规相量差动保护相比，采样值差动具有动作速度快、计算量少等特点，是微机差动保护领域的一个突破，己应用于母差、变压器等保护中。采样值差动不涉及傅氏计算，变频器所带来的谐波也不会影响其计算精度，因此，对工作于25~50Hz的高压变频电动机，其差动保护可以利用该算法实现。
总而言之，就目前高压变频器在电动机继电保护中的运用而言，实现差动保护主要采用值差动保算法来进行，可以最终使用一台装置来实现变压器与电动机保护装置的功能，这样不仅使高压变频器在电动机继电保护中实现了相应的功能，而且也使成本节省了很多。
参考文献：
1.Science and Technology Information, 2011,(16)
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