高压变频一体机在煤矿刮板输送机上的应用分析

陈瑞，焦阳，党帅，高卫红

（陕煤集团神南产业发展有限公司，陕西 神木 719300）

刮板输送机经过很长时间的发展，它的驱动方式正在不断更新。现阶段，常用的驱动方式除了双速电机及变频加电机直接驱动外，还有电机加CST驱动。对变频器驱动的刮板输送机来说，该技术在煤矿生产行业的应用时间不算很长，能在变频驱动前提下对驱动的方式进行更深层次的优化，因此，对高压变频一体机的应用进行研究意义重大。

1 高压变频一体机的构成和工作原理

高压变频一体机的电机的重要组件组成包括电机组件以及变频组件，而变频组件的主要构成除了显示屏与主电路外，还有控制电路与驱动电路。高压变频一体机的电气系统的主要构成如下文所示。

1.1 主回路部分

主回路的变频组件要想实现，需要对电压型“交-直-交”的变频拓扑结构进行利用。电源在经过接触器以及电抗器后，会经有六脉冲整流，随后利用电力电容来完成滤波稳压操作，之后利用IGBT的逆变电路实现由直流电到交流电的逆变，不但能够达到频率可调的目的，而且可以实现电压可调目标。

1.2 控制电路部分

对变频部分来说，控制电路可谓其心脏，控制电路不但能够对信息进行处理、可以对信息进行控制，而且可以对指令进行发送，能够实现实时采集电路信号的目标，并且能够运算并处理采集的电路信号，进而可以变为IGBT所能够驱动的信号。对控制电路来说，其作用有以下两方面：首先，能够完成数据的交换，完成数据交换操作需要对光纤以及驱动单元进行利用。其次，可以完成对信息的显示，能够将收集并处理过的信息输送至显示屏，由显示屏来显示信息，而且可以对外部下达的指令进行接受，以实现控制高压变频一体机的目标。

1.3 驱动电路部分

对驱动单元来说，它能够预先处理系统电流、系统电压和系统的温度信息，而且可以接受来自主控器IGBT触发信号，能够对此触发信号进行保护，可以隔离并放大PWM信号，能够使用光纤信号实现控制目标，控制的内容包括IGBT的导通时间以及IGBT的关断时间。

1.4 外部的循环水冷系统部分

对电气系统来说，外部的循环水冷系统是其关键构成、外部的循环水冷系统能够在电气系统的照常运行中起到非常关键的作用，可以为其运行提供保障。外部的循环水冷系统能够利用直供管路实现供水目标，可以进行开放式直排，不过应该经过减压处理操作，直供管路的供水压力不能超过3MPa,其每分钟的水流量不能低过30L，水的温度不能超过25℃。对附属电路来说，其作用除了变频器操作外，还有控制电路和保护电路，其重要构成除了直流接触器与压敏控制器外，还有输入及输出电路。

1.5 显示器部分和指示灯部分

高压变频一体机的非驱动端的正面除了具备直流母线的电压指示窗外，还具备显示窗，显示窗的内部利用LED显示屏，该LED显示屏具有很高的耐温性，不但可以对主控器所下达的实时信息进行接收，而且能够对接收的实时信息进行显示。在高压变频一体机照常运行的情况下，可以利用显示屏显示的实时参数除了有直流母线电压的参数和变频输出电流的参数外，还有输出功率的参数以及电机转速的参数，如果高压变频一体机出现故障，在此情况下，显示屏还能够对出现故障的相关信息进行准确显示，而且可以有针对地使用相关的保护措施。此外，高压变频一体机同时具备DC指示窗，关于直流母线的带电与否，能够利用它左边的LED灯与右边的LED灯给出指示。

2 刮板输送机的使用过程中变频调速控制的应用

刮板输送机在应用时，由于煤层发生变化或者刮板与链条产生疲劳，链条与刮板常常应该进行截短操作、增加操作、更换操作。在此工作环节中，刮板输送机在运行过程中应该保障转速较低，在抵达指定位置后，刮板输送机会停止工作并且进行抱闸。对此工作过程来说，要想完成通常会使用刮板输送机的配套的液压马达。由于性能以及安全的缘故，此功能不能在双速电机驱动方式、液力耦合器驱动方式以及变频器驱动方式中做到，不能达到取代液压马达的目的。

在应用了高压变频一体机后，加上对减速机的机械制动装置的应用，可以达到取代液压马达的目的。要想达到取代液压马达功能的目的，应该具备的条件如下：首先，电机的运行转速应该非常低。高压变频一体机因为变频器与电机是集成于一体的，其低速性能和变频器与变频电机相加的方法相比，高压变频一体机的低速性能要更好。高压变频一体机能够在每分钟100转的低速状态下平稳运行。其次，高压变频一体机拥有直流抱闸功能。在对直流抱闸保持的功能进行应用后，能够把电机的转子保持在零速状态下。如果速度给定与电机的速度都下降至预设电流保持速度下，则在此情况下，传动单元能够让电机停止工作，而且可以把直流注入电机中。如果速度给定又大于直流保持速度，在此情况下，传动单元会再次在正常的状态下运行。最后，对高压变频一体机来说，它的直流抱闸性能加上减速机的机械制动装载，无论是功能性还是安全性，都可以符合现场操作的标准。

3 变频一体机在驱动刮板输送机过程中的链条保护性能

就常规刮板输送机来说，其驱动方式通常是在电机与减速机间加上摩擦限矩器，通过这样的方式对电机传送至减速机的转矩进行限制，从而防止刮板输送机的链条会在过转矩状况下被拉断。而高压变频一体机使用的是直接对转矩进行控制的方法，电机的输出转矩是被控量，也就是说，电机输出的转矩值为能够利用变频部分进行控制的。对高压变频一体机的输出转矩进行限制，就是摩擦限矩器的功能。所以，如果刮板输送机对高压变频一体机驱动进行应用，就不必额外增加转矩限制设备了。

4 应用高压变频一体机所产生的经济效益

（1）在刮板输送机上应用高压变频一体机能够实现节省电能的目标。对刮板输送机来说，它在使用时，常常会出现启停车过于频繁的问题，如果使用工频直接启动的方式，就会出现浪费电能的问题。如果刮板输送机对进行高压变频一体机进行应用，就可以避免由于启车过于频繁导致的浪费电能问题。此外，应用高压变频一体机能够使电机的功率因素得到提升。（2）在刮板输送机上应用高压变频一体机，能够避免刮板输送机对电网造成的冲击。如果利用工频启动的方式，在此情况下，对电网造成的冲击会随着电机功率的增大而增加。在使用现场，工作人员通常会对错时启动方法进行应用，以达到降低电网冲击的目的。而在在长距离供电的情况下，需要使电机电缆截面积得到增加，从而实现使启动状态下的电压降得到降低的目标。以上均会使设备投入以及资金投入不断加大。而在应用了高压变频一体机后，能够消除刮板输送机对电网的冲击，而且在对电缆进行选择的过程中仅仅需要对电缆耐压以及电缆载流量进行考量。（3）在刮板输送机上应用高压变频一体机能够降低原本不会发生的磨损，能够使设备的可使用时长得到增加。对刮板输送机来说，它在运行时会严重磨损刮板以及链条。在链条不断磨损的背景下，断链风险越来越大。在对高压变频一体机进行应用后，能够按照采煤机的位置以及运煤量，对刮板输送机在运行时的速度进行随时调节，能够使磨损刮板以及链条的问题得到缓解。（4）在刮板输送机上应用高压变频一体机，具有使用简单与使用方便的优势。在对高压变频一体机进行应用后，能够对软启动方式进行替代，比如，高低速切换启动与液力耦合器启动。将电机与减速器进行直连，使用起来比较简便。高压变频一体机能够在2Hz下运行，对刮板输送机在使用时的检修工作来说，原本应该利用绞车和液压马达，而高压变频一体机拥有低速检修的模式，能够对液压马达之类的附属设备进行替代。（5）高压变频一体机的转矩保护性能可以减少在附加的转矩保护设备上的投入。

5 结语

对煤矿行业的采煤生产工作来说，刮板输送机这一设备较为传统，它的驱动方式会伴随科技进步与经济发展发生变动。对现阶段的驱动方法来说，利用高压变频一体机进行驱动非常先进。刮板输送机这一运输设备在煤矿下进行使用时的条件非常复杂，而且环境较为恶劣，而在应用高压变频一体机之后，可以帮助其他设备的变频驱动积累经验，能够促进煤矿自动化，并且进行高效生产。