德力西变频器在煤矿皮带机上的应用方案[5篇材料]

第一篇：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。

第二篇：变频器在提升机上的应用

河南远航工控设备有限公司 竭诚为您服务 矿井提升机的变频调速改造

一、概况

矿井提升机是煤矿，有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。某煤矿井下采煤，采好的煤通过斜井用提升机将煤车拖到地面上来。煤车厢与火车的运货车厢类似，只不过高度和体积小一些。在井口有一绞车提升机，由电机经减速器带动卷筒旋转，钢丝绳在卷筒上缠绕数周，其两端分别挂上一列煤车车厢，在电机的驱动下将装满煤的一列车从斜井拖上来，同时把一列空车从斜井放下去，空车起着平衡负载的作用，任何时候总有一列重车上行，不会出现空行程，电机总是处于电动状态。这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动，减速制动，而且电机的转速一定规律变化。斜井提升机的机械结构示意如图1所示。斜井提升机的动力由绕线式电机提供，采用转子串电阻调速。提升机的基本参数是：电机功率55kW，卷筒直径1200mm，减速器减速比24︰1，最高运行速度2.5m/s，钢丝绳长度为120m。

目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升，传统斜井提升机普遍采用交流绕线式电机串电阻调速系统，电阻的投切用继电器—交流接触器控制。这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁，设备运行的时间较长，交流接触器主触头易氧化，引发设备故障。另外，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。提升机频繁的起动﹑调速和制动，在转子外电路所串电阻的上产生相当大的功耗。这种交流绕线式电机串电阻调速系统属于有级调速，调速的平滑性差；低速时机械特性较软，静差率较大；电阻上消耗的转差功率大，节能较差；起动过程和调速换挡过程中电流冲击大；中高速运行震动大，安全性较差。

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二、改造方案

为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，采用变频调速技术改造提升机，可以实现全频率（0~50Hz）范围内的恒转矩控制。对再生能量的处理，可采用价格低廉的能耗制动方案或节能更加显著的回馈制动方案。为安全性考虑，液压机械制动需要保留，并在设计过程中对液压机械制动和变频器的制动加以整合。矿井提升机变频调速方案如图2所示：

图2 矿井提升机变频调速方案

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三、方案实施

斜井提升负载是典型的摩檫性负载，即恒转矩特性负载。重车上行时，电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩，起动时还要克服一定的静摩檫力矩，电机处于电动工作状态，且工作于第一象限。在重车减速时，虽然重车在斜井面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电机仍会处于再生状态，工作于第二象限。当另一列重车上行时，电机处于反向电动状态，工作在第三象限和第四象限。另外，有占总运行时间10%的时候单独运送工具或器材到井下时，电机纯粹处于第二或第四象限，此时电机长时间处于再生发电状态，需要进行有效的制动。用能耗制动方式必将消耗大量的电能；用回馈制动方式，可节省这部分电能。但是，回馈制动单元的价格较高，考虑到单独运送工具或器材到井下仅占总运行时间的10%，为此选用价格低廉的能耗制动单元加能耗电阻的制动方案。

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提升机传统的操作方式为，操作工人坐在煤矿井口操作台前，手握操纵杆控制电机正﹑反转个三挡速度。为适应操作工人这种操作方式，变频器采用多段速度设置，X1、X2设为正反转，X3、X4、X5可设挡速度。变频调速原理图如图3所示：

变频器的设置详请参见MC200T系列变频器用户手册。

四、提升机工作过程

提升机经过变频调速改造后，系统的工作过程阿盛大的变化。操纵杆控制电机无极调速。不管电机正转还是反转，都是从矿井中将煤拖到地面上来，电机工作在正转和反转电动状态，只有在满载拖车快接近井口时，需要减速并制动，提升机工作时序图如图4所示：

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图4 提升机工作时序图

图4中，提升机无论正转、反转其工作过程是相同的，都有起动、加速、中速运行、稳定运行、减速、低速运行、制动停车等七个阶段。每提升一次运行的时间，与系统的运行速度，加速度及斜井的深度有关，各段加速度的大小，根据工艺情况确定，运行的时间由操作工人根据现场的状况自定。图中各个阶段的工作情况说明如下：

（1）第一阶段0～ｔ1：串车车厢在井底工作面装满煤后，发一个联络信号给井口提升机操作工人，操作工人在回复一个信号到井底，然后开机提升。重车从井底开始上行，空车同时在井口车场位置开始下行。

（2）第二阶段 t1～t2：重车起动后，加速到变频器的频率为f2速度运行，中速运行的时间较短，只是一过渡段，加速时间内设备如果没有问题，立即再加速到正常运行速度。

（3）第三阶段 t2～t3：再加速段。

（4）第四阶段 t3～t4：重车以变频器频率为f3的最大速度稳定运行，一般，这段过程最长。（5）第五阶段 t4～t5：操作工人看到重车快到井口时立即减速，如减速时间设置较短时，变频器制动单元和制动电阻起作用，不致因减速过快跳闸。

（6）第六阶段 t5～t6：重车减速到低速以变频器频率为f1速度低速爬行，便于在规定的位置停车。

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以上为人工操作程序，也可按PLC自动操作程序工作。图中加速和减速段的时间均在变频器上设置。

五、结语

绕线式电机转子串电阻调速，电阻上消耗大量的转差功率，速度越低，消耗的转差功率越大。使用变频调速，是一种不耗能的高效的调速方式。提升机绝大部分时间都处在电动状态，节能十分显著，经测算节能30%以上、取得了很好的经济效益。另外，提升机变频调速后，系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高，减少了运行故障和停工工时，节省了人力和物力，提高了运煤能力，间接的经济效益也很可观。

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第三篇：变频器在油田抽油机磕头机上的应用

变频器在油田抽油机磕头机上的应用

一．抽油机的工作原理及组成当抽油机工作时，驴头悬点上作用的负载是变化的。工作分为两个冲程，抽油机上冲程时，驴头悬点需提起抽油杆柱和液柱，在抽油机未进行平衡的条件下，电动机就要付出很大的能量，这时电动处于电动状态。在下冲程时，抽油机杆柱转拉动对电动机做功，使电动机处于发电机的运行状态。抽油机未进行平衡时，上、下冲程的负载极度不均匀，这样将严重地影响抽油机的四连杆机构、减速箱和电动机的效率和寿命，恶化抽油杆的工作条件，增加它的断裂次数。为了消除这些缺点，一般在抽油机的游梁尾部或曲柄上或两处都加上了平衡重，如图一所示。这样一来，在悬点下冲程时，要把平衡重从低处抬到高处，增加平衡重的位能。为了抬高平衡配重，除了依靠抽油杆柱下落所释放的位能外，还要电动机付出部分能量。在上冲程时，平衡重由高处下落，把下冲程时储存的位能释放出来，帮助电动机提升抽油杆和液柱，减少了电动机在上冲程时所需给出的能量。目前使用较多的游梁式抽油机，都采用了加平衡配重的工作方式，因此在抽油机的一个工作循环中，有一个电动运行状态和一个发电机运行状态。当平衡配重调节较好时，其发电机运行状态的时间和产生的能量都较小。

1—底座；2—支架；3—悬绳器；4—驴头；5—游梁； 6—横梁轴承座；7—横梁；8—连杆；9—曲柄销装置； 10—曲柄装置；11—减速器；12—刹车保险装置； 13—刹车装置；14—电动机；15—配电箱

二．抽油控制器的系统图及控制特点

系统组成由人机界面，三菱PLC，KV2000系列变频器，制动单元，制动电阻。在整个系统中PLC和变频器，触摸屏均通过RS-485进行串行通讯。

整个控制系统特点：

1． 可实现对抽油机的多种控制：空抽控制，定时启停控制，负荷超限停机控制,连喷带抽控制，启停的远程控制。

2． 自动记录抽油机工作过程,保存工作状态信息。自动判断抽油机工作是否正常,给出报警信息。

3． KV2000系列变频器对电机参数有自动调谐功能，可自动测出电机特性并自动设定其相关的参数。

4． 变频器提供多组信号输入方式，包括温度检测信号，模拟信号，数字信号输入，以及脉冲信号的输入，包括故障继电器报警输出。

5． 通过人机界面可实对变频器的监控功能：频率设定，频率改写，输出电压，电流等。对变频器的控制功能：运行，停机，故障复位等。

6． 高效节能，增产。变频器的控制程序是根据油田实际情况，它能自主判断抽油机运行的上下冲程，根据油井的实际情况，实时调节上下冲程的速度，达到实际抽油时，不更改每分钟的抽油次数，但增加每次抽油时的采油量，提高抽油机的产量。（作者：科姆龙电气）

第四篇：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。

第五篇：通用变频器共直流母线在离心机上的应用

通用变频器共直流母线在离心机上的应用 变频器/共直流母线/离心机/能量回馈/节能

1引言

在化工企业电气传动中，离心机的变频传动应用非常普遍，由于工艺和驱动设备的各种原因，再生能量的现象经常发生，在通用变频器中，对再生能量最常用的处理方式有两种：耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态（又称再生制动状态）。直流共母线的原理是基于通用变频装置均采用交－直－交变频方式，当电机处于制动状态时，其制动能量反馈到直流侧，为了更好的处理反馈制动能量，人们采用了把各变频装置的直流侧连接起来的方式。譬如当一台变频器处于制动而另一台变频器处于加速状态，这样能量可以互补。本文提出了一种通用变频器在化工企业离心机中共直流母线的方案，并阐述了其在离心机上回馈单元的进一步应用。

目前直流共母线有多种方式：

（1）公用一个独立的整流器

该整流单元可以是不能逆变，也可以是可逆变的。前者能量通过外接制动电阻消耗掉，后者可以充分地将直流母线上的多余能量直接反馈到电网中来，具有更好的节能、环保意义，缺点是价格比前者要高。

（2）大变频单元接入电网

小变频器公用大变频器的直流母线，小变频器不需接入电网，故也不需要整流模块，大变频器外接制动电阻。

（3）每个变频单元各自接入电网

每个变频单元均带有整流、逆变回路并外接制动电阻，直流母线相互连接起来。这种情形多用于各变频单元功率接近的情况。解体后还可以独立使用，互不影响。本文介绍的直流共母线为第三种方式，相比前两种有很大优势：

● 共用直流母线可以大大减少制动单元的重复配置，结构简单合理，经济可靠。

● 共用直流母线的中间直流电压恒定，电容并联储能容量大，能减少电网的波动。

● 各电动机工作在不同状态下，能量回馈互补，优化了系统的动态特性。

● 各个变频器在电网中产生的不同次谐波干扰可以互相抵消，减少电网的谐波畸变率。

2改造前变频调速系统方案

2.1 离心机控制系统介绍

改造的离心机共12台、每台控制系统都是一样。变频器为艾默生EV2000系列22kW，恒转矩型，回馈单元皆为加能的IPC-PF-1S回馈制动单元，所有控制系统集中在一个配电室中。两台离心机共用一个GGD控制柜，限于篇幅只画出其中四台，其余八台与此类似。系统图如图1所示。

图1 改造前变频器及制动单元系统原理图

由图1可知，每一台变频器需要一台回馈制动单元，各自的控制系统完全独立。2.2 刹车时制动工作分析

当离心机刹车时，电动机将处于再生发电制动状态，系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升，此时电容的直流母线电压抬升，当升至680V时，制动单元开始工作，即回馈多余的电能到电网侧，此时单台变频器直流母线电压维持在680V(有的690V)以下，变频器不至于报过电压故障。单台时变频器制动单元刹车时的电流曲线如图2，刹车时间为3分钟，测试仪器为FLUKE 43B 单相电能质量分析仪，分析软件为《FlukeView Power Quality Analyzer Version 3.10.1》。

图2 制动单元工作时的电流曲线

由此可见每次刹车时，制动单元必然工作，最大电流达27A。而制动单元的额定电流为45A。显然制动单元处于半载状态。3 改造后变频调速系统方案

3.1 共直流母线的处置方法

采用共用直流母线很重要的一点就是上电时必需充分考虑到变频器的控制、传动故障、负载特性和输入主回路维护等。该方案包括三相进线（坚持同一相位）、直流母线、通用变频器组、公共制动单元或能量回馈装置和一些附属元件。对于通用变频器而言，图3所示为在其中一种应用比较广泛的方案。选用第三种改造方案后的主电路系统图如图3，图3中空气开关Q1至Q4是每个变频器的进线保护装置，KM1至KM4为每台变频器的上电接触器。KMZ1至KMZ3为直流母线的并联接触器。1#、2#离心机共用一个制动单元，组成一组，3#、4#离心机共用一个制动单元，组成一组，当两组都正常时可以并接在一起。同时也是基于现场操作工人的工作时序，1#、2#离心机不同时刹车，3#、4#离心机不同时刹车。正常工作时一般为两台离心机1#、3#为一组，2#、4#为一组，四台离心机一般不会同时刹车。由于实际工作现场的复杂环境往往会导致电网的动摇并发生高次谐波。也可用于增加电源阻抗并协助吸收附近设备投入工作时产生的浪涌电压和主电源的电压尖峰，从而最终维护变频器的整流单元。每台变频器也可以使用进线电抗器来有效地防止这些因素对变频器的影响。本项目改造中由于原设备没有装进线电抗器，故并没有画出进线电抗器及其他谐波治理装置。

图3 改造后变频器及制动单元系统原理图

3.2 控制系统的方案

控制线路如图4，四台变频器上电后，每台变频器运行准备好后，设置变频器故障继电器输出端子的输出选项为“变频器运行准备好”，只有变频器上电，并且正常以后，才可以并接在一起，如任意一台有故障，直流母线接触器就不吸合。变频器故障继电器输出端子TA、TC为常开触点，上电后变频器“变频器运行准备好”，各变频器的TA、TC吸合，直流母线并联接触器依次吸合。否则接触器就断开。

图4 改造后的制动单元并联控制原理图

图5 改造后的制动单元工作电流监视图

3.3 该方案特点

（1）使用一个完整的变频器，而不是单纯的整流桥加多个逆变器方案。

（2)不需要有分离的整流桥、充电单元、电容组和逆变器。

（3）每一个变频器都可以单独从直流母线中分离进去而不影响其他系统。

（4）通过连锁接触器来控制变频器的DC共用母线的联络。

（5）连锁控制来保护挂在直流母线上的变频器的电容单元。

（6）所有挂在母线上的变频器必需使用同一个三相电源。

（7）变频器故障后快速地与DC母线断开以进一步缩小变频器故障范围。3.4 变频器主要参数设置

运行命令通道选择 F0.03=1 最高操作频率设定 F0.05=50 加速时间1设定 F0.10=300 减速时间1设定 F0.11=300 故障继电器输出选择 F7.12=15 AO1输出功能 F7.26=2 3.5 改造后的测试数据

停车时进线电压： 3PH 380VAC 母线电压： 530VDC 直流母线电压： 650V 当一台升速时，母线电压降低，此时另一台降速，直流母线电压在540~670V波动，制动单元在此时没有开启，制动单元一般工作的DC电压为680V如图5测试分析。

4节能分析

回馈制动单元相比电阻能耗制动本身就是一种节能的应用，可是要求每台变频器需要刹车时配用一台制动单元。必然要求有几台变频器就得配几台制动单元，而制动单元的价格和变频器价格相差不大，工作持续率却不是很高。共用直流母线变频器驱动在离心机上的广泛应用，较好的解决了当一个变频器升速，另一个变频器刹车时，均衡了“一个吃不饱、一个吃的吐”，的问题，该方案减少了制动单元的重复设置，降低了工作次数的，也减少了对电网的干扰次数，提高了电网的电能质量。在减少设备投入，增加设备使用率，节约设备、节能方面有特别重要的意义。

5结束语

通用变频器共用直流母线的广泛应用，较好的解决了电能消耗与电能回馈时间段不同步这个问题，对减少设备投入、降低电网干扰和提高设备利用率有特别重要的意义。

白献刚

夏乃学

贡俊鹏

熊彦梅

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