矿用变频调速器的选型

邱立财

（龙煤集团双鸭山分公司双阳煤矿，黑龙江 双鸭山 155137）

1 前言

随着变频技术的日趋成熟，其在各个领域的应用越来越广泛，在煤矿也得到了推广并且越来越受欢迎，可能成为煤矿机械调速的主要技术。在我矿采用变频调速技术的机械设备随处可见:提升绞车变频调速装置、电机车变频调速装置、胶带运输机变频调速装置、钢丝绳牵引皮带运输机变频调速装置等，这些变频调速装置调速性能稳定、维护量小、节电、事故少。其中电机车变频调速装置是由机械生产厂家选型，其余设备变频调速装置均由用户自己选型。变频调速装置选型是相当重要的环节，如选型不当，不但不能发挥其使用效能，而且还可能使设备无法运行，影响生产。以下是我们几年来变频调速装置选型的经验总结。

2 斜井提升机变频调速装置的选择

矿上斜井提升机对变频控制系统的要求:

（1）适应频繁启动、停止、换向要求；

（2）要求启动转矩大，可以重载起动；

（3）下行车时在负载力矩作用下能自动进入发电回馈运行状态；

（4）能按照给定的速度图运行；

（5）对于采区变频调速装置还必须达到防爆要求。

2.1 斜井单钩提升机变频调速装置的选择

（1）斜井单钩提升机运行特点

①下放空车时通常是在负载力矩作用下运行，电动机一般是工作在再生发电运行状态；

②由于钢丝绳重力的作用，在一个提升循环内负载变化较大。

（2）斜井单钩提升机变频调速装置的选择

根据斜井单钩提升机运行特点，其电气控制系统应选用具有如下功能的变频调速装置:

①具有自动回馈功能。当下放空矿车或下放物料时在负载力距作用下，电动机进入再生发电运行状态，所发电能自动回馈到电网。

②具有较硬的机械性能。当电动机负载变化时其转速保持不变或变化极小。

据此应选用四象限带有回馈功能的无速度传感器矢量控制通用变频器。带有回馈功能的变频器主回路。就目前而言，高压6000V变频器价格较高，且高压变频器还没有达到成熟阶段，应尽量选用电压相对较高的660V的变频器。现在以我厂井上一付绞车为例:该下山绞车为单钩提升，主要提升货载是矸石，还负担下料任务，提升机型号为JK2－30型，滚筒直径3m，电机功率为400kW，额定提升速度3m/s，我们选用了400kW防爆变频调速装置，经一年运行效果良好，与同类提升机转子串电阻调速相比节电14‰。

3 皮带运输机变频调速装置的选择

3.1 皮带运输的特点

（1）皮带机转动惯量大，启动困难；

（2）启动次数较少，启动后等速运行时间较长；

（3）一般都采用多电动机拖动，煤矿井下采用双电动机拖动；

（4）皮带机多数设在采区，一般都有防爆要求。

3.2 皮带运输机变频调速装置的选择

（1）控制方式的选择。控制方式一般采用一台变频器控制一台电动机即“一控一”方式，这种控制方式能使两台电动机出力均衡，不至于出现一台电动机超载而另一台电动机欠载。

（2）变频调速装置的选择。

皮带机变频调速装置的选择应考虑两种情况:

第一种情况:向上山运输和平巷运输，根据皮带运输的特点应选用具有转矩控制功能的高功能通用变频器，这种变频器电动机机械特性硬度高，低速过载能力大，具有过电流抑制功能。

第二种情况:向下山运输，当坡度超过负6度时，应选用带有回馈功能和转矩控制功能的具有四象限运行特性的通用变频器。向下山运输，在负载重力作用下电动机工作于再生发电运行状态，选带回馈功能的变频器可以将电能回馈给电网，可以回收大量电能。

当皮带机采用双电动机拖动时，选变频器还应考虑两电动机驱动的滚筒线速度速度一致问题，当出现两电动机驱动的滚筒线速度不一致时会出现一个电动机带动另一个发电机发电，变频器直流母线电压升高，超压保护动作，使得空载时皮带机不能运行，解决办法是两台变频器采用共直流母线，即两个变频器直流侧并联，或者选择带制动单元的变频器。

4 钢丝绳牵引皮带机变频调速装置的选择

4.1 钢丝绳牵引皮带运输机（以下简称钢带机）的特点

（1）钢带机作为矿井主提升设备，既提升煤炭又兼运送人员，要求运行速度稳定；

（2）运输距离长装机功率大，机械系统的转动惯量大，启动时附加功率大；

（3）钢带机作为矿山固定设备，一般将拖动装置设在井上或设在井底车场附近，因此不需隔爆；

（4）钢带机是系统设备，其运行的可靠性十分重要，要求保护装置齐全可靠。

4.2 钢带机变频调速装置的选择

根据以上特点应选择带有以下功能的通用变频调速装置:

（1）带有无速度传感器矢量控制功能；

（2）带有制动单元，在交接班运送人员出现负力时使电动机输出制动力，钢带机在负力作用下也能平稳运行；

（3）具有大的启动力矩，低转速或堵转时电动机输出转矩可以达到额定转矩的1.5倍；

（4）可以与工业计算机配套实现钢带机的各种保护功能。

4.3 选型实例

我矿二段主机就是选用了带有制动单元的无速度传感器矢量控制变频调速装置，功率2×500kW。该钢带机全长2200m，双500kW电动机拖动，巷道坡度12.5度，运行速度2.36m/s，运输能力实测达500T/h，其保护装置采用了可编程控制器（工业计算机）控制，到现在为止已经运行了7个月，没出现一次故障，做到了免维护，通过实践证明这种选型是正确的。

4 变频调速装置额定容量的确定

变频调速器额定容量确定必须保证该设备在最差条件下能可靠运行，首先要求在选择电动机时要留有充分裕量，而变频器的额定电流可选择略大于同容量电动机的额定电流，即

式中，Pd—电动机功率，kW；f1富裕系数，可取1.3～1.5；f2负载不均衡系数，可取1.3～1.5；Pz负载功率计算值，kW；Pq设备启动时增加的功率，kW。

式中，Ib变频器额定输出电流；Id电动机额定电流。

在实践中电动机的容量富裕系数f1、负荷不均匀系数f2的选取应视设备种类而定，对于提升机，其使用化境较好可取小值，对于皮带运输机和钢带机使用环境较差可取大值。在充分考虑了电动机容量富裕系数和不均匀系数后，变频器的富裕量不必太大，其容量与电动机等同也可以。

变频器容量选择实例:我矿－150东采区主运第一、二台皮带机全长分别为1650m、1570m，计算所需电动机功率为130kW，而实际应用时配用两台110kW电动机，采用两台110kW变频器控制，至今已经运行五年，无故障发生，充分显示了加大电动机和变频器功率对运行的可靠性的重要作用。这样选择初期投资较大，但实际应用中无故障，没影响生产时间，完全可以弥补投资增大的部分。

5 结束语

综上所述，矿山设备采用变频调速技术选型是相当重要环节，必须予以重视。选型不当，不但不能发挥变频调速技术的优越性，而且还可能造成不必要的损失，尤其是既有正力运行又有负力运行的设备更应引起我们的重视。只要我们充分重视变频器选型工作，吸取以往成功经验和失败教训，变频调速技术一定会在煤矿得到普及，发挥越来越大的作用。