...071140型变频器在刮板输送机上的应用

杜卿

[摘 要]针对煤矿刮板运输机在大功率重载起动时，机械冲击强，起动电流大等问题，对其所采用的液力耦合器和变频驱动方式进行比较，提出变频器在刮板运输机的应用有诸多优势，并对刮板运输机变频调速的实现方法及系统功能进行介绍，通过对比更明确的阐述变频器技术应用于刮板运输机的优势。

[关键词]刮板机；变频驱动；液力偶合器驱动；多电平输出

中图分类号：TD634.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0128-02

概述

随着我国大力发展绿色经济、循环经济、低碳经济，对煤矿安全生产也提出了更高产、高效的集约化要求。作为我国自动化工作面的主要设备刮板输送机，在大功率重载起动时，机械冲击强，起动电流大，多机运行时功率不平衡等问题日益突出，严重影响电能质量，制约产量及效率[1]。

刮板运输机位于综采工作面上，煤矿环境特殊，工作空间有限，电机与供电电源距离较远。刮板运输机广泛应用的驱动方式主要有两种，分别是液力耦合器驱动和变频驱动。液力耦合器驱动由电机、液力耦合器、标准减速机组成，采用液力驱动，调速范围相对较窄，不能实现无极调速，启动时对负载冲击相对较大，对多级系统不能实现功率平衡，机械损伤大；变频驱动由变频器、电机、标准减速器组成，属于高性能驱动，调速范围相对较宽，可实现无极调速，能按电机的曲线特性实现软起，控制精度高，对多级系统能实现功率平衡转矩一致，机械损伤小。两者相比而言，变频器的优势确实明显。

1 刮板机变频调速的实现

刮板机采用变频驱动的优势在于变频启动方式避免了电机空载启动时的尖峰电流，启动电流冲击较小，能够低速带载启动刮板输送机，调速方便，可以在任何需要的位置停止。

刮板机的变频调速是基于多电平变频驱动原理。多电平变频驱动原理的功率部分采用单元串联方式的拓扑结构，每相采用三个功率单元串联。各功率单元之间及与移相变压器间连接在一起独立供电，各相功率单元接收主控制机的正弦调制波，通过自身的载波移相后产生SPWM输出波形，各功率单元输出电压波形相互叠加形成正弦包络线，使变频器输出波形基本与工频电压正弦波形相近[2]。经过移相变压器后整流，使电网输入电流和电压谐波总含量均在国家标准以下。变频器拓扑图如图1所示。

功率单元的基本原理为输入端R、S、T接变压器二次输出端，经过三相全波整流桥后，形成直流电压，再经电容滤波后，供给由IGBT功率模块组成的H桥逆变电路。功率单元控制板通过光纤接收主控系统发出的正弦调制波数据和相关的命令数据，根据调制波数据产生控制A+、A-、B+、B-的导通和关断的PWM波，使其输出单相脉宽调制波形[3]。功率单元的主电路图如图2所示，功率单元输出的PWM波形如图3所示。

2 变频器控制系统功能

为适用于煤矿井下刮板运输机应用场合，采用防爆结构水冷散热方式，减少体积。控制系统设计多种检测电路及保护电路，同时能够实现远程集中控制。

2.1 检测电路

检测电路主要包括两种，分别是直流母线电压检测和电机电流采样检测。检测直流母线电压主要是检测电网电压是否出现过压或欠压，而对电机电流的检测主要是将检测量作为反馈量处理后送到控制电路中。

2.2 保护电路

保护电路的设计主要从三个方面设置保护。

1）配电装置的保护：输入缺相、输入短路、输入过电压、欠电压、漏电保护等故障报警保护功能；

2）功率单元部分的保护：单元直流过电压、欠电压、单元过热、IGBT短路、断路等故障报警保护功能；

3）变频控制系统的保护：输出过流、输出过载、三相不平衡、漏电闭锁、控制电源短路、变压器过热、水冷系统异常等故障报警保护功能。

2.3 远程集中控制

通过对外接口可以实现对设备运行的远程监控，并实现对设备的远程控制。

3 变频器技术优势比较

刮板运输机的液力偶合器驱动方式在我国得到广泛的应用，液力耦合器主要能改善鼠笼式电动机的启动特性，当刮板运输机被突然卡住时，可以有效的保护电机，但是对于大功率电机驱动表现不足，不适合在工作面使用，散热面积也不够，造成散热不良，温度升高。近年来，刮板运输机逐渐向大功率重载方向发展，因此，液力偶合器已经不再是大功率电机驱动的主流。

随之兴起的是变频驱动方式，能够实现低速启动，有效的增大了启动转矩，较低的启动电流有效的降低了启动过程中电网电压的压降，由于没有滑差损失，输出力矩和输送机速度略有增加，已逐渐得到越来越多的关注和应用。刮板运输机的变频驱动和液压耦合器驱动各方面性能对比情况见表1所示。

综上所述，刮板运输机的变频驱动方式在性能上优势更加显著，使得变频器在刮板运输机的应用日益广泛，更适用于刮板运输机的运行工况，有效的降低由启动及载荷变化时带来的故障风险。

参考文献

[1] 马树焕.刮板输送机驱动装置的控制技术及应用[J].防爆电机，2010，45（153）：30-32.

[2] 周京华，苏彦民等.多单元串联多电平逆变电源的控制方法研究[J].电力电子技术，2003，37（4）：49-51.

[3] 陈伯时.变频调速系统[M].北京：机械工业出版社，1998.