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摘 要：在大型钢丝绳牵引带式输送机多电机多驱动点的拖动系统中，传统拖动方式以直流拖动、交流绕线电机串级调速、交流绕线电机转子串电阻调速拖动等为主，显然较为落后，也很难实现防爆要求。针对直流电机及绕线电机在维护方面较为复杂等原因，人们一直在寻求符合防爆要求；起动平稳，可满载起动；调速方便，可实现运人、运料、验绳等多种速度等传动要求的交流鼠笼电机的大功率驱动系统，由于磁通矢量控制的隔爆变频器的出现，为煤矿提供了符合钢丝绳牵引带式输送机拖动要求的最佳拖动设备。
关键词：变频器 经济性能
兴安矿钢丝绳牵引带式输送机拖动系统采用的是无速度传感器磁通矢量控制的变频器，通过改变磁通矢量，实现对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。
由于直流电机及绕线电机在维护方面较为复杂，人们一直在寻求符合以上传动要求的交流鼠笼电机的大功率驱动系统，磁通矢量控制的隔爆变频器的出现，为煤矿提供了符合钢丝绳牵引带式输送机拖动要求的最佳拖动设备。
采用全数字无速度传感器矢量控制，使系统调速范围宽，调速精度高，变频器在低频运行时，也保证有100%额定力矩输出。最大转矩为额定转矩的2倍，0.5HZ即可达到1.7倍以上的起动转矩。
一、四象限隔爆兼本安变频器的特点
1）采用AFE自换向变频新技术，使绞车在减速段或重物下放操作时系统能自动转入发电反馈状态，使制动更平稳，操作更简单，大大提高了安全可靠性能。
2）网侧变频器采用PWM斩波调制，使输入电流波形为正弦波，大大减小对电网的谐波污染，总谐波电流含量<5%。
3）网侧变频器采用单独的CPU实行PID控制，对网侧交流电流的大小和相位进行实时检测并控制，使系统的功率因数总是接近于1。
4）良好的散热功能：
我公司研制生产的隔爆变频器由于采用真空热管散热技术，很好的解决了大功率器件的散热问题，近十年来已在煤矿井下投入使用上千台，效果良好。
5）优越的变频软起动、软停止特性：
钢丝绳牵引带式输送机带负载运行时具有极大的惯性，起动加速度与停车减速度的值越大，在机械系统上储存的能量就越大，而释放这些能量就会对输送机机械系统产生极大的冲击。变频器的起动、停止时间是任意可调的，也就是说起动时的加速度和停车时的减速度任意可调，同时为了平稳起动，匹配其具备的S型加减速时间，这样可将钢丝绳牵引带式输送机起停时产生的冲击减至最小。
6）平稳的重载起动：
钢丝绳牵引带式输送机在输煤过程中任意一刻都可能立即停车再重新起动，必须考虑“重载起动”能力。另外由于采用SPWM磁通矢量控制控制方式，低频运转可输出1.5—2倍额定转矩，因此最适于“重载起动”。
7）自动回馈制动：
当系统处于负力运行时能自动进入回馈制动运行状态，将能量反馈到电网中，从而在负力提升的状态下也能实现准确的速度控制，又达到了节能的效果。
8）实现无级调速：
变频器可调整电机于5%-100%额定带速范围内的任意带速长期工作，并且在任意速度下均可提供额定转矩。采用单独的PLC控制系统对前级运输系统的载荷、本机运输系统的载荷进行分别测量，这样可控制变频器抑后降速或提前升速。
9）可任意调整的加、减速度：
根据钢丝绳牵引胶带输送机电力拖动的工作原理，要求起动平稳，并可满载起动。为减少机械冲击与电机容量，要求加、减速度要小于0.2m/s2；同时为防止起动时瞬时打滑，要求等加速起动。
变频器的加减时间可分别任意调整（0.1-9999秒），故加减速度可以根据需要任意设定，满足钢丝绳牵引胶带输送机电力拖动的特殊要求。
10）完善的保护和故障自诊断功能：
变频器具有完善的保护功能，以保障电气设备的正常运行。如：过压、欠压、过流、过热、短路、接地、三相不平衡、缺相等保护功能，不仅能保留10次故障代码，还能保存相应的故障参数。
11）针对煤矿采取特殊措施：
针对矿山应用的特殊环境，隔爆变频器除了在箱体结构方面采取了相应的防爆、防潮、防滴水措施外，在主回路方面尽量加大爬电距离与电气间隙，在控制回路方面，所有的控制板均涂抹多遍三防漆。
12）具备变频器谐波治理功能：
通用变频器的主电路一般为交-直-交组成，外部输入50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，电流波形具有以下高次谐波：6k +/- 1，（ k=1，2，3…），谐波会带来以下问题：
A、干扰电网上其他的用电设备，特别是比较精密的设备；
B、谐波引起的额外的损耗须从电网取得，同一设备需功率加大；
C、谐波会带來更高的电压尖刺，对设备的绝缘不利；
D、增加供电变压器的损耗；
E、使无功补偿电容更热。
无论是采用串入交流电抗器或直流电抗器，还是采用多重化整流技术，都无法从根本上消除谐波。该变频器由于采用AFE整流回馈系统，输入电流波形为正弦波，从理论上可彻底消除谐波，由于受检测信号的精度和控制精度的影响，在实际应用中仍有少量谐波，于是，匹配各类谐波抑制装置后可将谐波含量降至最小，完全符合国际标准。
二、经济效益：
由于改造之前电控系统为660V变频系统，钢丝绳牵引带式输送机电机为2×450KW，节电率为20%，提升能力为500t/h；改造后电控系统为1140V，钢丝绳牵引带式输送机电机为2×710KW，节电率为30%，提升能力为719t/h；假定每年运行6000h，电价定为0.5元/kw？h，则从年耗电量和吨煤年产量分析，可知：
1、电费
由于改造投资费用为2000万元，改造后第一年就可收回改造成本，并多出改造前效益57121.78万元。
结论：
该系统投入使用后，通过采用采用AFE自换向变频新技术，即四象限可回馈技术，使得制动平稳，操作简单，大大延长了钢带机的使用寿命，降低检修工人的劳动强度，通过在兴安矿的使用，可使每年吨煤产量显著提高，经济效益十分明显。它的应用已经达到国内先进水平，值得全面推广。
关键词：变频器 经济性能
兴安矿钢丝绳牵引带式输送机拖动系统采用的是无速度传感器磁通矢量控制的变频器，通过改变磁通矢量，实现对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。
由于直流电机及绕线电机在维护方面较为复杂，人们一直在寻求符合以上传动要求的交流鼠笼电机的大功率驱动系统，磁通矢量控制的隔爆变频器的出现，为煤矿提供了符合钢丝绳牵引带式输送机拖动要求的最佳拖动设备。
采用全数字无速度传感器矢量控制，使系统调速范围宽，调速精度高，变频器在低频运行时，也保证有100%额定力矩输出。最大转矩为额定转矩的2倍，0.5HZ即可达到1.7倍以上的起动转矩。
一、四象限隔爆兼本安变频器的特点
1）采用AFE自换向变频新技术，使绞车在减速段或重物下放操作时系统能自动转入发电反馈状态，使制动更平稳，操作更简单，大大提高了安全可靠性能。
2）网侧变频器采用PWM斩波调制，使输入电流波形为正弦波，大大减小对电网的谐波污染，总谐波电流含量<5%。
3）网侧变频器采用单独的CPU实行PID控制，对网侧交流电流的大小和相位进行实时检测并控制，使系统的功率因数总是接近于1。
4）良好的散热功能：
我公司研制生产的隔爆变频器由于采用真空热管散热技术，很好的解决了大功率器件的散热问题，近十年来已在煤矿井下投入使用上千台，效果良好。
5）优越的变频软起动、软停止特性：
钢丝绳牵引带式输送机带负载运行时具有极大的惯性，起动加速度与停车减速度的值越大，在机械系统上储存的能量就越大，而释放这些能量就会对输送机机械系统产生极大的冲击。变频器的起动、停止时间是任意可调的，也就是说起动时的加速度和停车时的减速度任意可调，同时为了平稳起动，匹配其具备的S型加减速时间，这样可将钢丝绳牵引带式输送机起停时产生的冲击减至最小。
6）平稳的重载起动：
钢丝绳牵引带式输送机在输煤过程中任意一刻都可能立即停车再重新起动，必须考虑“重载起动”能力。另外由于采用SPWM磁通矢量控制控制方式，低频运转可输出1.5—2倍额定转矩，因此最适于“重载起动”。
7）自动回馈制动：
当系统处于负力运行时能自动进入回馈制动运行状态，将能量反馈到电网中，从而在负力提升的状态下也能实现准确的速度控制，又达到了节能的效果。
8）实现无级调速：
变频器可调整电机于5%-100%额定带速范围内的任意带速长期工作，并且在任意速度下均可提供额定转矩。采用单独的PLC控制系统对前级运输系统的载荷、本机运输系统的载荷进行分别测量，这样可控制变频器抑后降速或提前升速。
9）可任意调整的加、减速度：
根据钢丝绳牵引胶带输送机电力拖动的工作原理，要求起动平稳，并可满载起动。为减少机械冲击与电机容量，要求加、减速度要小于0.2m/s2；同时为防止起动时瞬时打滑，要求等加速起动。
变频器的加减时间可分别任意调整（0.1-9999秒），故加减速度可以根据需要任意设定，满足钢丝绳牵引胶带输送机电力拖动的特殊要求。
10）完善的保护和故障自诊断功能：
变频器具有完善的保护功能，以保障电气设备的正常运行。如：过压、欠压、过流、过热、短路、接地、三相不平衡、缺相等保护功能，不仅能保留10次故障代码，还能保存相应的故障参数。
11）针对煤矿采取特殊措施：
针对矿山应用的特殊环境，隔爆变频器除了在箱体结构方面采取了相应的防爆、防潮、防滴水措施外，在主回路方面尽量加大爬电距离与电气间隙，在控制回路方面，所有的控制板均涂抹多遍三防漆。
12）具备变频器谐波治理功能：
通用变频器的主电路一般为交-直-交组成，外部输入50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，电流波形具有以下高次谐波：6k +/- 1，（ k=1，2，3…），谐波会带来以下问题：
A、干扰电网上其他的用电设备，特别是比较精密的设备；
B、谐波引起的额外的损耗须从电网取得，同一设备需功率加大；
C、谐波会带來更高的电压尖刺，对设备的绝缘不利；
D、增加供电变压器的损耗；
E、使无功补偿电容更热。
无论是采用串入交流电抗器或直流电抗器，还是采用多重化整流技术，都无法从根本上消除谐波。该变频器由于采用AFE整流回馈系统，输入电流波形为正弦波，从理论上可彻底消除谐波，由于受检测信号的精度和控制精度的影响，在实际应用中仍有少量谐波，于是，匹配各类谐波抑制装置后可将谐波含量降至最小，完全符合国际标准。
二、经济效益：
由于改造之前电控系统为660V变频系统，钢丝绳牵引带式输送机电机为2×450KW，节电率为20%，提升能力为500t/h；改造后电控系统为1140V，钢丝绳牵引带式输送机电机为2×710KW，节电率为30%，提升能力为719t/h；假定每年运行6000h，电价定为0.5元/kw？h，则从年耗电量和吨煤年产量分析，可知：
1、电费
由于改造投资费用为2000万元，改造后第一年就可收回改造成本，并多出改造前效益57121.78万元。
结论：
该系统投入使用后，通过采用采用AFE自换向变频新技术，即四象限可回馈技术，使得制动平稳，操作简单，大大延长了钢带机的使用寿命，降低检修工人的劳动强度，通过在兴安矿的使用，可使每年吨煤产量显著提高，经济效益十分明显。它的应用已经达到国内先进水平，值得全面推广。