大功率刮板机防爆变频器设计及应用研究
刮板输送机中变频调速技术的应用
刮板输送机中变频调速技术的应用李冬生（阳煤忻州通用机械有限责任公司，山西 忻州 034000）摘要：刮板输送机是煤矿生产中重要的机械设备，在刮板输送机中利用变频调速技术，能够较大程度改善传统煤矿运输控制系统的性能，避免出现剧烈的拉力和动态阻力，保持煤矿运输系统的平稳工作状态。
此外能够实现较大范围调速，调速效果较好，提高工作效率，并实现节能。
文章通过对刮板输送机变频技术工作原理进行分析，根据刮板输送机的特性，结合刮板输送机中变频技术的特点，探讨了刮板输送机的变频调速技术应用步骤，能够提高煤矿生产效率，提高设备的经济效益。
关键词：刮板输送机；变频调速；经济效益中图分类号：TH227 文献标志码：A文章编号：1672-3872（2017）14-0096-021 引言在刮板输送机中使用的变频调速技术通常是指对交流电动机进行变频调速，对三相异步电动机的转动速度和频率进行调整，调整时对供电频率进行变频处理，从而使电动机实现先进的调速效果和节能效果[1]。
刮板输送机进行变频调速已经得到煤矿生产企业的重视，在煤矿运输系统中有着重要的作用，加速变频调速技术在刮板输送机中的应用，可以提高煤矿生产效益，提高煤矿生产管理水平。
2 变频调速技术的原理煤矿调速变频系统主要由变频器主体、电抗器和辅助器件构成，不同期间之间彼此进行配合实现对电动机的速度控制和故障保护。
变频器可以使用可控硅进行整流处理，并使用IGBT功率器件构成逆变器，交流供电由上级馈电开关进入整流模块，整流成直流电，在使用滤波电容处理后进入IGBT，将直流逆变成相应频率、相位和电位的交流，实现对电动机的供电[2]。
并利用异步电动机转速公式，电动机转速同电动机电流频率成正比关系，因此要实现平滑地调整异步电动机的运行速度，就要连续对供电电源进行调整。
然而当f变化时，电动机的其他参数也会相应的变化，从而对调速效果产生影响。
要想解决此问题，就要根据电机学的相应知识，配合定子电压，根据电机学异步电动机定子电压平衡方程可知，当f 下降时，n会上升，电阻将会下降；当电压不变时，U和E不发生变化。
刮板输送机防爆变频电机设计重点
刮板输送机防爆变频电机设计摘要：目前，国内在铁路机车的牵引电机和钢铁行业上轧机电机，几乎全部选用了变频调速电动机。
而在矿用防爆电机方面仅有采煤机牵引电机、皮带输送机电机以及风机、水泵电机等有一部分为变频电机，在刮板输送机上还几乎为空白。
本文通过对一台400kW刮板输送机防爆变频电机的设计，分析了变频调速电动机的电磁设计特点和结构设计特点，与大家分享。
关健词：防爆三相感应电机；变频调速；设计中图分类号：TM302 文献标识码：AAbstract: At present, the primary driving motors of main rolling machines, curling machines and decoilers in steel & iron industries are mostly variable-frequency adjustable-speed motors.Correspondingly the qualifications of these motors are much stricter. In this paper, we analyzed the electromagnetic and structure design characteristics of a 400kW low-voltagevariable-frequency motor，share with everyone.Key words: flame-proof three-phase induction motors，variable-frequency adjustable-speed，design近年来，随着科学技术的发展，计算机以及一些新型快速电子元件的出现，使交流异步电动机变频调速得到广泛应用。
现将按用户要求设计的400KW刮板输送机防爆变频电机的设计方法进行阐述。
该电机具有防爆、无级调速、方便节能等特点，在刨煤机、水泵、绞车等需要调速驱动的场合都将有广泛用途。
防爆变频智能控制系统在综采面刮板输送机控制中的应用
２０１９年第０９期防爆变频智能控制系统在综采面刮板输送机控制中的应用赵利锋山西焦煤汾西矿业两渡煤业公司，山西晋中０３１３０２摘 要 山西某矿２１１０４综采工作面采用的刮板输送机在运行过程中存在机械冲击、电气冲击、能耗高等问题。
针对上述情况提出采用ＰＪ－６３０／１１４０矿用隔爆本安型变频器，并结合变频智能控制系统，对刮板输送机启动及运行进行控制。
这样不仅可以实现刮板输送机运行跟负载智能调节作用，而且还降低了设备故障率及电力消耗，提升了安全系数，具有一定的实用推广价值。
关键词 刮板输送机；变频器；智能控制；节能降耗中图分类号 ＴＨ２２７；ＴＤ４２１ ＤＯＩ １０．１９７６９／ｊ．ｚｄｈｙ．２０１９．０９．０４６０引言刮板输送机是综采工作面重要的组成设备，传统的刮板输送机特点为［１－３］：（１）为了满足重载启动或者其他特殊情况下的使用需要，通常设备功率选型大，富裕系数高，在一定程度上会造成设备利用率低；（２）刮板输送机基本是恒速工作模式，启动后设备以恒定速度运行；（３）在实际生产过程中，刮板输送机的运输量通常不及设计值的一半，刮板输送机长时间处于空载或者低载下运行；（４）无论运输量多少甚至处于空载状态下，刮板输送机始终是恒速运行，设备在高速运转模式下设备磨损严重。
相对于传统刮板输送机，采用智能刮板输送机不仅可以提高设备使用寿命，降低设备磨损，节省运输开支，而且还可以根据采面生产量对刮板机输送能力进行调整，提高驱动及动力传输设备工作效率［４］。
山西某矿１１１０４综采工作面刮板输送机采用防爆变频控制系统控制刮板输送机运行，提升了综采工作面智能化及自动化水平，提高了采面煤炭采收率，在一定程度上提升了采面安全生产水平。
１采面概况山西某矿２１１０４综采工作面位于２采区，开采的１１号煤层厚度在１．２～３．６ｍ，平均厚度为２．５２ｍ，煤层结构较为简单，倾角在３°～１５°，平均为７°，采面走向长度为１ ０１２ｍ，倾向长度为１０８～２４６ｍ，采用综合机械化采煤工艺，全部垮落法管理顶板。
防爆变频器的研制和开发
防爆变频器的研制和开发一、前言随着电力电子技术的不断发展,变频调速技术日益成熟,通用变频器得到了迅速发展,各种品牌的变频器在自控领域的各行各业都得到了广泛的应用。
但在一些有爆炸性气体和粉尘比较多的地方(煤矿\焦化厂\部分化工厂)变频器还没有得到充分的应用,究其原因主要是这些地方的变频器需要防爆,而这种变频器现在市场上还未见成熟产品。
根据上述情况,我们山东风光电子有限公司与大屯煤电(集团)有限公司联合开发研制成功了矿用防爆变频器,该产品已经过有关部门鉴定,现已在大屯煤矿正式投产使用.二、变频器的技术要求1、工作环境有爆炸性气体或粉尘较多的环境（防爆）；2、输入电压交流660V±10% ；3、调速范围 2—50HZ ；4、保护功能具有短路、过流、过压、欠压、超温、停电闭锁等功能；5、工作方式 24小时连续工作制；6、其他技术指标与通用变频器相同。
三、变频器的控制原理1.主回路部分变频器主回路包括空气断路器、三相整流器、滤波电容、IGBT逆变器图1：主回路电气原理框图2.控制回路部分变频器控制部分包括CPU控制器、IGBT驱动电路、电流检测电路、电压检测电路、保护电路、操作显示电路。
其控制原理框图如下：图2 控制原理框图3、变频器所用主要元件都是选用世界知名公司生产的名牌产品，性能优良，质量可靠。
（1）逆变器部分选用德国西门子公司的IGBT模块，该模块饱和压将低，母线电感小，开关频率高，结构简单，安装方便。
（2）CPU控制器选用美国Intel公司的87C196MC单片机，该芯片功能齐全，运算速度快，是一种高性能的CHMOS 16位单片机，它功耗小，除正常工作外还可以工作于2种节电方式：待机方式和掉电方式。
它内部有一个波形发生器，可以输出2组互补的3相PWM信号，特别使用于电机控制系统。
（3）驱动电路采用日本三菱公司的M57959L专用驱动模块，该模块驱动功率大，信号隔离强，集成化程度高，性能优良，使用方便。
防爆高压变频器在煤矿SGZ型刮板运输机改造中的应用
Total 189No.1,2019总第189期2019年第1期实践与应用机械管理开发MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENTDOI: 10.1 砧25/l4 - 1134/th.2019.01.()70防爆高压变频器在煤矿SGZ 型刮板运输机改造中的应用裴文佳（山西西山煤电集团有限公司西曲矿，山西太原030200）摘 要:研究了刮板机的负载特性、使用现状及变频器改造的基本原则，对防爆高压变频器进行了设计。
最终通过对变频器的实际应用效果分析可知，SGZ1000/14（）0和SGZ 1200/2000两种型号的刮板机每天可实现电能节约2 687.38 kW-h,大幅降低了煤矿的电能损耗。
关键词：刮板机 防爆高压 变频器中图分类号:TN771 文献标识码:A 引言高压大功率变频器由于其变频特性、功率及散热特性等方面的优势，现已经被广泛应用于出防爆 场所以外的区域内，在节能效果及使用特点等方面高压变频器具备得天独厚的优势。
然而高压变频器的使用至今仍然处于空白状态，其主要原因是由其 研制具有一定的复杂性和特殊性所决定的。
但随着采煤难度越来越大，防爆现场大型设备的拖动问题 显得越发重要X ）。
1刮板输送机的负载特性刮板输送机在启动和运行过程中受负载变化的 影响程度较大，因此，有必要对负载特性进行研究。
在启动初期，由于运输传送带上堆积的煤层厚度较大，启动瞬间容易造成较大的冲击载荷，另外，在煤炭运 输过程中也会存在加煤或对大型煤块阻塞等突发情况。
以上两种情况会产生冲击载荷，从而使得电网电 压下降幅度过大,影响设备的正常启动或者相同线路 其他设备的正常使用，同时由于载荷冲击会对设备的传送部件造成较大的冲击,例如链条和链轮出现断链 等问题。
此种负载特性使得在电动机启动瞬间要有较大的过载能力和启动转矩。
所以设备的启动性能对刮 板输送机的正常运转具有重要影响〔T 。
2刮板输送机的使用现状改造前，输送机使用双速电机驱动方法。
变频器在工作面刮板机的应用
噪音大、有抖动
噪音小，起动平稳
运行参数对比
Title
工频电流 功率因素
工频运行 120~150A 85%
变频运行 100~120A 98%
平沟煤矿动力科
变频器改造优点
改造优点 改造优点 改造优点
变频器的投入运行 可以有效地解决刮板 运输机起动难的问题 ，首先该变频器采用 矢量控制方式方式， 能够有效提高电机的 起动力矩，同时该变 频器还可以通过低频 力矩补偿的方式保证 电机的起动力矩达到 电机额定转矩的1.5倍 以上。
针对原有起动 方式对设备冲击大 的问题，由于变频 器可以在0-50Hz频 率长期运行并且可 以根据负荷机械特 性设定变频起动斜 率，从而很好的解 决了刮板运输机的 软起动和无极调速 。
变频器投入运 行后，通过观察组 合开关和变频器的 最大起动电流基本 不超过电机额定电 流的2倍，有效解 决了原有起动方式 对电网冲击大的问 题。
变频器使用现场展示：
变频器内部展示
变频改造运行参数对比 启动性能对比
Title
启动电流
刮板运输机 状态
高低速启动 500~600A
变频软起 300~340A
刮板输送机 停车的随机性 、环境的影响 、负载的巨大 变化，使刮板 输送机在重负 载下启动是不 可避免的，启 动困难的情况 也经常出现。
强大的机械冲击。刮板机 的传动系统为刚性锚链传动 ，尽管有一定的初张力，停 机时传动系统为松驰状态， 各个环节都有一定的间隙， 启动时瞬间施以电机的启动 转矩，在克服间隙的过程中 ，对整个传动系统造成强大 的机械冲击，几乎所有的传 动件在这个过程中有可能受 到极大的伤害，在以后的继 续承载运行过程中不断扩展 ，最后失效；刮板输送机又 是频繁启动设备，这种危害 更大。
刮板输送机变频器应用技术方案
刮板输送机SGZ1000/2×1200变频器应用技术方案一、刮板运输机技术性能指标：1）运输能力：≥2500t/h；2）供货长度：270m；3）适应的工作面倾角：最大10°；4）适应的工作面走向倾角：≥±10°；5）刮板链速：1.5 m/s；6）电机规格： YBSS-1200G ；二、技术要求：1）前部刮板输送机起动方式：调速软起动；2）后部刮板输送机起动方式：调速软起动；3）适应电压等级：3300V，频率： 50HZ ；4）传动装置采用平行布置方式，驱动部能够与后部刮板机通用互换；5）水冷行星减速器传递功率不小于1300kW，电动机和减速器的冷却器耐压应达到6.0MPa；6）驱动电机功率：≥1200kW,使用国产防爆电机；7）电机外壳的防护等级：IP57；8）设备入井前应取得中国国家煤矿安全标准证书和 "MA"标示牌；三、技术解决方案：1）液力耦合器调速软启动方式；2）变频器一拖一调速软启动方式；3）变频器一拖二调速软起动方式；液力耦合器调速软启动一、技术方案破碎机顺槽胶带机机头机尾转载机1#组合开关2#二、方案说明为实现2×1200kW前后溜刮板输送机的变频调速软启动，我们采用四台进口1200kW福伊特调速型液力耦合器，采用单速电机+调速液力耦合器+减速器的传动方式。
通过天津华宁的控制硬件KTC101系统，在改变工作面软件控制逻辑的基础上，完成对VOITH刮板机软启动的控制，实现设备在启动时缓慢运行，KTC101控制系统最多可以同时控制机头两台、机尾两台VOITH耦合器，完全满足前后溜驱动装置的要求。
达到大运量的目的。
具体优点如下：（一）异步电动机几乎无负载启动；（二）通过改变不同偶合器的充液顺序实现多驱动系统的顺序启动；（三）启动过程中的力矩限制；（四）平稳但快速的建立力矩；（五）在刮板机卡住时启动系统并使电机保持工作在峰值扭矩状态；（六）通过换水实现频繁启动而没有任何热容量（启动频率限制)的问题；（七）自动负载补偿；（八）通过闭路循环系统最大程度的利用水从而节约使用成本；（九）由于不再需要液压紧链和行星齿轮组合的系统从而减少了设备投资；三、系统配置明细表1设备配置明细表变频器一拖一调速软启动 一、技术方案1#破碎机顺槽胶带机控制信号转载机2×AC1903V2#3#2×AC1903V2×AC1903V2×AC1903VAC 380VAC 380VAC 380VAC 380V二、方案说明为实现2×1200kW前后溜刮板输送机的变频调速软启动，我们采用四台BPJV-1400/3.3隔爆兼本质安全型高压变频器、四台隔爆型整流移相变压器组成。
煤矿刮板输送机变频技术研究及应用
专家论坛2019·05198Modern Chemical Research当代化工研究煤矿刮板输送机变频技术研究及应用＊史洪泉（汾西矿业集团设备修造厂 山西 032000）摘要：针对煤矿刮板输送机变频改造的技术难题，首先分析传统液力耦合器驱动存在的问题及运行现状，基于变频驱动的工作原理及特点进行变频改造，使设备的运行稳定性、运行效率、节能效率等得到改善，同时解决了多机驱动不平衡、启动瞬间电流过大、设备冲击磨损大、维护工作困难等问题，有利于实现煤矿的高产高效及安全生产。
关键词：刮板输送机；变频改造；液力耦合器；驱动平衡中图分类号：T 文献标识码：AResearch and Application of Frequency Conversion Technology for Scraper ConveyorShi Hongquan(Equipment Repair Plant, Fenxi Mining Group, Shanxi, 032000)Abstract ：Aiming at the technical problems of frequency conversion transformation of scraper conveyor in coal mine, this paper firstlyanalyses the existing problems and operation status of the drive of traditional hydraulic coupler. Based on the working principle and characteristics of frequency conversion drive, frequency conversion transformation is carried out, so as to improve the operation stability, operation efficiency and energy saving efficiency of the equipment. At the same time, problems such as unbalanced multi-machine drive, excessive starting instantaneous current, large impact wear and tear of the equipment, and difficulty in maintenance are solved, which are conducive to achieving high yield, high efficiency and safe production in coal mines.Key words ：scraper conveyor ；frequency conversion ；hydraulic coupler transformation ；driving balance在我国许多煤矿，变频节能技术已广泛应用在提升机、采煤机、皮带输送机等机电设备中，使得设备的电力消耗显著减少，运转效率显著提高，设备的维修保养费用也有所降低，经济效益明显提升，不仅能达到科学用能、节能降耗的目的，而且能够提高自动化水平，改善工艺。
煤矿用刮板输送机变频技术的应用
工程与技术煤矿用刮板输送机变频技术的应用刘建伟(宁夏天地奔牛集团有限公司，宁夏石嘴山753001)摘要：刮板输送机是综采工作面的主要设备之一，随着国家对煤矿高产、高效、节能要求的不断提高，传统 的传动方式已满足不了新的要求。
近两年，越来越多的大功率刮板输送机配备了变频器传动。
通过对大功率刮 板输送机转矩的起动、运行特性的分析，总结出刮板机变频技术实际应用数据，并对变频器驱动优势进行了分析，提出了较为合理的变频选配方案。
关键词：刮板输送机；转矩特性；变频技术；选配方案中图分类号:TB文献标识码:A1概述目前，国内外矿用大功率刮板输送机的驱动方式 为电机+减速器，一般采用机头、机尾双动力部驱动，通过链轮及其之间的链条连接，周复向机头方向运动，把采煤机切割的煤炭运送到指定地方，通过胶带机等 设备最终实现煤炭的转移目的。
随着驱动电机功率的 不断增大，为适应其重载软起动特性通常配备液力偶 合器、软起动器等Q近两年随着中压变频技术在刮板 输送机中的座用，一种更为适合刮板输送机的变频驱 动方式逐渐替代了传统的传动方式9doi：10. 19311/ki. 1672-3198. 2016. 26. 1522刮板输送机机械特性分析刮板输送机通过链条的运动将负载恒速运送至指 定位置，其负载转矩的大小一定程度上决定于其负载 的大小，所以其整体上属于摩擦性负载特性，但是又由 于其通过链条连接，链条具备一定的弹性效能，在起动 时和负载突变时具有一定的弹性负载特性。
刮板输送 机负载特性决定了其为恒转矩特性。
刮板输送机在整个采煤工艺设备的最前端，根据 通用选配余量功率从末端到前端逐级放大原则，刮板 输送机在配置上有很大的富余量,刮板输送机运行中3.3流量仪表在化工生产过程中，流量仪表的使用一般是用来 液体的提纯，同时为了进行更好的操作和生产，需要对 流量进行相座的测量和控制。
流量仪表的出现就是为 了更好实现流量测定，根据结构原理不同，流量仪表大 致可以分为容积式流量计、差压式流量计和速度式流 量计=大类。
变频器在刮板运输机中的应用与技术分析
FORUM 论坛工艺26 /矿业装备 MINING EQUIPMENT变频器在刮板运输机中的应用与技术分析□ 魏晓瑞 山西焦煤机械电气有限公司煤矿运输机是矿井机电设备的重要组成，设备类型繁多，具体包括刮板运输机、转载机、胶带运输机、卡轨车等，在社会经济和科学技术的发展下，我国变频器技术得到了进一步的发展，变频器在风机、水泵等常规性负载设备上的应用变得成熟，但是在实际操作上仍然存在一些不可控的问题。
变频器的应用能够减轻对刮板运输机的损坏，从而在保证各个设备正常运行的情况下降低企业的发展成本，提升企业发展的经济效益，具有十分重要的现实经济效益和社会效益。
变频器原理变频器的应用有效结合了变频技术和微电子技术，通过改变电机工作电源频率能够实现对交流电动机电力控制设备的有效控制。
在具体操作中，变频器的应用原理是将电源交流电经过的整流转变为直流电，通过逆变器将直流电源转变为能够调节电压、频率的逆变电源。
在应用变频器控制电机的时候，一般可以通过改变电压的频率来有效调节电机转动速度，变频器在控制电机时，电机转动速度和工作电压频率要满足如公式（1）的要求：经过公式证明，电机的转速和工作频率呈现出正比的关系，通过改变电动机的共组频率来有效调节电机转速平滑调节。
电机磁极对数能够根据对组大小来调整绕组电源。
变频器的设计就是根据这种原理借助半导体器件的通断作用来将电源工作频率转变为一种可控装置，这种原理的应用具有技术调速范围宽、精确度高、节能效果良好的优点。
N=60f（1-s）/p（1）（n 是转速，f 是输入的频率，s 是电机转差率，p 是电机磁极对数）刮板运输机概述内涵刮板运输机是煤矿采煤工艺中的重要设备，具体由机头、机中间、机尾部等公共组成，刮板运输机的功能具体表现在以下两个方面：第一，刮板运输机在中部槽的内部在刮板链的牵引下来运送、操作一些散料。
第二，刮板运输机是刨煤机和采煤机的重要运行轨道，在应用的时候往往配合采煤机、装载机、带式输送机等一起使用。
刮板输送机防爆变频电机的电磁设计及结构设计
233电力电子Power Electronic电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering当前，国内在铁路机车最常用的电机是变频调速电动机，在矿用防爆电机领域采用皮带输送机电机或者水泵、风机等变频电机，但是在刮板输送机方面，还没有较为成熟的电机，其应用领域与使用范围也较为空白。
本文根据实际要求，对一台400kW 的刮板输送机防爆变频电机进行电磁设计及结构设计，使其可以在水泵、绞车等场合都能够得到广泛应用，简单介绍如下。
1 电机参数设置电机参数如表1所示。
该防爆变频电动机适用于煤矿井下，对工作面刮板输送机进行辅助，与负荷相类似。
该电机的起动与运动特性较为特殊，与传统的供电方式不同，异步电动机直接起动，降压起动的方式为自动。
变频调速电机主要是通过控制转子电流不变的方式进行起动，其工作原理是电机在低频低压霞起动的话[2]，电抗小，电流小，相对的磁通和电流的有功分量会适当增加，电机会获取更大的起动转矩，在最大的转矩作用下完成起动；其过载能力，需要将其过载系数设置为1.15~1.25，对变频调速异步牵引电动机而言，在额定电压和额定频率的状态下可以将过载系数设置为1.6~2.5，过载系数最高不可以超过1.3。
如果是其他类型的负载[3]，在实际工作的过程中需要根据负载的性质确定电机是否有足够的过载能力进行处理，只有这样，才能实现对刮板输送机防爆变频电机的科学设计，为进一步提高该变频电机的运行性能，满足工程施工需求创造良好的条件。
2 电磁设计2.1 电机极数确定该项目是对煤矿井下刮板输送机的驱动系统进行创新的新项目，总体设计较为特殊。
原有的电机通过调速型液力偶合器进行调速后，确定电机为4极。
考虑到一个重要的因素，就是在进行备选方案设计时，该项目是第一次开发，结合了变频器与电机，在煤矿井下这种高复杂的工作环境下，测试变频器是否可以承受的住煤矿井下的易爆、高温环境[4]。
防爆变频器的研制和开发
防爆变频器的研制和开发
随着工业化、城市化进程的推进，爆炸危险环境中的设备和系统需求
日益增加。
在这些环境中使用普通变频器可能会引发爆炸和火灾等严重后果。
为了解决这个问题，防爆变频器应运而生。
其次，研发团队需要进行相关的技术研究和实验验证。
这包括了防爆
设计原理的研究、爆炸危险环境特性的分析、电路设计、材料选择、结构
设计等。
通过实验和模拟验证，确定产品的设计方案。
接下来，研发团队需要进行样品制造和产品测试。
样品制造是将设计
方案转化为实际产品的过程，需要高度的技术和工艺要求。
产品测试是为
了验证产品的功能和性能是否满足设计要求，包括防爆性能、电气性能等。
最后，研发团队需要进行产品认证和批量生产。
产品认证是确保产品
符合相关行业标准和规范的关键步骤，通常需要通过第三方认证机构进行。
批量生产是将产品的设计和制造过程规模化，确保产品的质量和供应能力。
综上所述，防爆变频器的研制和开发是一项复杂而严谨的工作，需要
研发团队具备丰富的技术和经验。
只有通过不断的研究和实践，不断提高
产品的性能和质量，才能满足各种爆炸危险环境下的使用需求。
防爆变频
器的研制和开发对保障工业安全和人员生命财产安全具有重要意义。
变频器系统在煤矿刮板输送机中的应用
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式的趋势.
１ 刮板输送机变频器系统
以同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司 １４４０２ 工
作面为例,该工作面平均煤层厚度为 ６ m,一次采
图 １ 变频器系统电路示意图
全高.采用 SGZ１０００/３∗８５５ 型刮板输送机,设计
/h,刮板链速
长度为 ３００ m,煤炭输送量为 ２５００t
为１
３５m/s.刮板输送机头部和尾部分别布置２ 台
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变频技术在大功率刮板机上运用
变频技术在大功率刮板机上运用摘要：控制系统采用无速度传感器矢量控制技术。
采用矢量控制的变频器，参照直流电机控制方式将异步电机定子电流空间矢量分为产生磁通的转子励磁分量和此垂直产生转矩的电流分量。
调速范围宽、起动力矩高、精确度高，响应快。
矢量控制实质在于消除电机多变量的内在耦合，并控制其大小及相位，从而获得优良的动态性能。
关键词：矢量控制；重载启动；功率平衡；电压波动一、前言随着现代化综采工作面采煤技术的应用，工作运输装机功率逐代增加，工作刮板机传动装置由较为先进的摩擦限矩器取代了液力耦合器传动系统。
因原有液压连轴传动方式在现场使用过程中很难实现大功率运输设备的使用，且双速电机驱动方式易造成机械冲击和电气冲击，易发生启动困难、跳链等安全事故。
谢桥矿的综采工作面走向长度一般都数千米，如果刮板机维护不到位，造成链条拉伸，在生产过程中链条很容易过负荷拉断，影响安全生产。
二、要解决的技术问题1、在刮板机正常启动时，减少链条的冲击。
2、大功率刮板机在重载启动、且起动及停车平稳。
3、满足交流电机任意负荷情况下实现多台电机功率平衡。
三、具体实施方式主控屏：主要用来设置控制参数，如远控近控，保护。
急停钮：用来紧急停机和禁止变频器启动。
变频器设置屏：用来设置变频器保护参数，额定参数。
放电指示：用来显示输入是否有电。
母线电容是否有电。
不仅仅针对上述三个技术问题，综合考虑刮板机工作环境等一系列问题也需要予以解决。
1、井下巷道潮湿，散热条件差解决方案。
变频器采用内部加装除湿加热电阻、所有的控制板进行防潮防尘处理、加设水风热换装置。
只要定期清理滤网、确保水箱水位正常，采用普通水进行冷却，冷却系统简单可靠。
由于采取了以上措施使得变频器适应了井下潮湿、散热条件差的环境。
2、重载启动、卡链的大电流冲击解决方案。
（1）变频器主要器件为高品质进口器件，总冲击电流大，可形成启动转矩为额定的2-3倍。
额定输出电压3.3kV，过载2倍可承受1分钟，过载1.5倍可到2分钟，在1.2倍负载状态下长期连续运行。
刮板输送机变频电动机的设计与应用
刮板输送机变频电动机的设计与应用摘要：在我国许多煤矿，变频节能技术已广泛应用于电梯、采煤机、带式输送机等机电设备中，使设备的电耗显著降低，运行效率显著提高，设备维护成本也降低，经济效益显著提高，不仅达到了科学用能、节能降耗的目的，而且提高了自动化水平和技术水平。
关键词：刮板输送机；变频电动机；设计；应用当前阀控充液式液力偶合器、CST减速器以及变频电动机均可实现对大型刮板输送机的软启动。
其中，阀控充液式液力偶合器虽然被广泛应用于我国煤矿综采工作面中，但其售价高且供货周期长。
CST减速器不对外销售。
变频电动机包括一体化变频电动机和分体式变频电动机两种。
虽然两种变频电动机的控制原理相同，一体化变频电动机对整个综采工作面各系统干扰小、造价高。
分体式变频器正好相反。
经分析，变频器软启动方式最适用我国煤矿生产，本文以SGZ764和SGZ800为研究对象，实现相应变频电动机的设计。
1传统刮板输送机运行现状分析目前，由调速液力偶合器（联轴器）驱动的刮板输送机在应用中占据主导地位。
液力偶合器驱动可实现软起动。
但它对恶劣的工作条件、复杂的系统、易受车轮和座垫的维护，不能适应负荷启动和长期低速运行。
系统运行状态分析如下：（1）操作条件差。
刮板输送机是工作面最先进的运输设备。
由液压支架推拉。
采煤机在刮板输送机的轨道上行走。
它将承受过载、刮板倒链、输送机卡槽、负载启动等恶劣工况，对联轴器、车轮、轮垫影响较大，影响其正常运行和使用寿命。
（2）重载启动和异常过载冲击。
在煤炭运输过程中，经常发生设备非正常停机，导致刮板输送机在重新启动时面临重载启动，造成设备启动困难或电机、联轴器、减速机等损坏。
同时，刮板输送机在运行过程中，刮板链与输送槽之间会产生各种卡扣和冲击，容易造成刮板链及齿轮零件的损坏。
严重时会对电机造成过载冲击，造成电机闷火或烧毁。
（3）双电机驱动时的功率不平衡问题。
刮板输送机通常配备大功率电机或双电机驱动，以满足煤炭的大规模运输任务。
变频技术在大功率刮板输送机上的使用
动力与电气工程22科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N在国际上,现代化煤炭开采技术已经实现了应用以太网控制综采工作面采煤设备、支护设备、运输设备等一体化的自动化综采工作面。
经过近几年煤炭行业的快速发展,国家采煤工作面设备装机功率逐步增加,采煤技术日新月异,综合机械化采煤技术已达到发达国家的先进水平,在相当数量的综采工作面刮板输送机采用变频技术,并且达到了一定的效果。
1 设备使用情况简介伴随着现代化综采工作面采煤新技术的应用,工作运输设备装机功率逐代增加,工作刮板输送机传动装置由较为先进的进口CST或TTT等可控液力耦合器取代了原有的传动系统。
因为原有液压联轴节传动方式在现场使用过程中很难实现较大功率运输设备的使用,并且双速电机驱动方式容易造成机械冲击和电气冲击,易发生启动困难、跳链等安全事故。
而采用CST和TTT类型的驱动方式配件费用高,进货周期长,严重制约综采工作面产能的释放。
梅花井煤矿1110204综采工作面走向长度为5千米左右,如果刮板机维护不到位,造成刮板机链条拉伸,在生产过程中链条很容易过负荷拉断,影响安全生产,在选择使用了成套智能控制系统,经过采用变频技术在综采工作面大功率装机输送设备上的使用,很大程度上减少了工作面刮板输送机运行中的故障,提高了工作面生产设备的有效开机率,确保了安全生产。
传统的双速电机在正常启动时候,对链条强烈冲击,大功率刮板输送机在生产过程中负载量大,运输距离长,启动频繁且多为带载启动。
受地质条件约束,工作面运输设备现场条件差,有时出现刮板输送机随时停机的现象,在再次启动时造成刮板输送机链条受重载,工作面刮板输送机在重载下启动困难,容易造成启动不起来的现象。
现场只能采用多次低速运行的方法启动设备,容易造成烧毁电动机、断链、断齿等现象。
更为严重的是,长达220～250米的刮板输送机在重载时启动不了,又不得不人工卸载,极易造成停产或安全事故。
刮板输送机用变频器设计与应用
刮板输送机用变频器设计与应用李瀚瑞【摘要】分析了刮板输送机节能技术途径以及在线调速控制原则,结合某矿实际情况,探讨了刮板输送机控制改进中变频器的实际应用,通过实际应用得出,利用变频器控制刮板输送机能够显著地提高电动机效率,实现节能运行的目标.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2018(049)010【总页数】3页(P135-137)【关键词】刮板输送机;变频器;应用【作者】李瀚瑞【作者单位】王村煤业公司,山西大同 037003【正文语种】中文【中图分类】TD5280 前言目前，煤矿开采作业过程中，综合机械化工艺的应用非常广泛，而刮板输送设备又是综合机械化开采过程中极为关键的运输设备。
在刮板输送设备的电动机选型过程中，因为考虑了电动机会受到特殊的载荷作用，所以，电动机正常运行情况下会有着相对大裕量，而且很长一段时间内均处于轻载或者空载工况下运行，有时候即便是满载运行，电动机的负载率也只有60%左右，而且功率因数还不足0.8，导致大量的电能资源被浪费掉，而且也使得电动机的磨损变得较为严重。
要想保证刮板输送设备能够达到节能的目标，应当确保其运行过程中具体运行速率应当能够依照载荷的不同而适时进行调节。
1 刮板输送机节能技术途径确保刮板输送设备能够稳定、安全运转基础上，为了能够达到节能的目标，在刮板输送机设备中配套安装上变频器装置，根据不同的负载情况，通过在线的变频调剂，提升电机运转效率，从而实现刮板输送机节能的目标。
1.1 提高电动机效率（1）电动机效率分析。
目前所使用的刮板输送设备之中电动机为鼠笼式三相异步电机，在电动机的实际运行过程中会出现不同的损耗问题，其主要包含有铁损、机械损耗、铜耗以及杂散损耗等等[1]。
由于各种损耗的出现，使得电动机无法把输入电能完全转变为机械能而输出。
（2）实际工况分析。
由于刮板输送机在实际运行过程中，很长一段时间内是处于轻载以及空载的工况之下运转，有时即便是处在满载工况下运转，电机负载率也只能达到60%左右，导致电机较长时间不在经济运行区间运行，使得电机的运行效率偏低[2]。
防爆高压变频器与煤矿刮板运输机改造的对策
防爆高压变频器与煤矿刮板运输机改造的对策摘要：高压大功率变频器广泛使用于非防爆场所中，但是它并没有有效地运用于煤矿井下防爆场所。
随着现代化矿井建设和生产的需求，要着重解决刮板运输机，矿井提升机及带式输送机拖动等问题，采用防爆高压变频器就显得特别紧迫。
鉴于此，本文主要分析防爆高压变频器与煤矿刮板运输机改造的对策。
关键词：防爆高压变频器；煤矿刮板；运输机中图分类号：TN771 文献标识码：A1、引言组成刮板运输机的零件主要集中于从动轮，链条，轨道及主动轮，对于当前阶段煤炭开采中刮板运输机使用细节而言，传送链条及轨道方面存在的问题最为普遍。
从刮板运输机的应用特点来看，其所采用的传送链条主要集中在套筒式与模锻式两大类型，且模锻式方式安全性与稳定性更高，但套筒式传送方式则着重发挥传送轮与套筒之间的互动性，完成传送工作。
2、刮板输送机的负载特性刮板输送机起动及运行时受负载变化影响很大，需要研究负载特性。
起动前期，因运输传送带上积煤层厚，起动瞬间易产生巨大冲击载荷，此外煤炭运输时还可能出现加煤或者堵塞大煤块等突发性问题。
上述两种情况都会引起冲击载荷，使电网电压降低过多，影响设备正常起动或同一线路上其他设备正常使用，同时因载荷冲击对装置传送部件影响大，如链条、链轮断链。
这种负载特性决定了电动机起动瞬间应具有很大的过载能力，起动转矩大。
因此，设备启动性能的好坏，对于刮板输送机能否正常工作有着至关重要的作用。
3、刮板运输机的改造原则分析为从根源上解决以上问题，使得刮板运输系统更安全、更可靠、更节能、更高效，此次改造主要遵循以下几个原则：（1）调速性能与直流电动机相近，带载起动转矩较大，起动电流较低，起动和制动过程都比较平稳；（2）多电机拖动具有良好的功率平衡性能（主、从转矩闭环控制）和较高的转速同步精度（主、从速度闭环控制）。
“S”形速度曲线使得起动，制动操作顺畅；（3）系统功率因数较高，不论空载或轻载时电源侧的功率因数均可维持在1附近，降低无功损耗；（4）电机运行效率高，在空载和轻载状态下，逆变器降低输出（电压、电流），从而减少电机的无功损耗（铜损、铁损），提高电机的效率；（5）本实用新型能够根据负载的变化来调整转速，从而实现节能降耗；（6）该装置可靠性强、寿命长、日常维修量少；（7）高压变频器达到了谐波及EMC的有关要求。
煤矿井下刮板输送机变频器(3.3kV)的开发 (1)汇总
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四、项目关键技术（续4）
5)变频器冷却系统。变频器冷却系统采用 水冷散热系统。变频器内部散热管路含有二次 水，二次水在变频器壳体内部通过内置水泵进 行循环，外部冷却水通过安装于变频器壳体内 的热交换器将内部二次水的热量带走，达到冷 却散热的目的，外部冷却水管路需安装手动球 阀、过滤器及电动球阀等设备，电动球阀由变 频器内部ＰＬＣ 进行分合控制。
2)主回路采用可恢复的快速短路保护技术， 变频系统使用功率半导体开关器件ＩＧBＴ 作 为主电路保护器件,位于整流器和直流回路之间 的ＩＧBＴ 可直接将逆变器和主电源隔离,且分 断时间为２５ μｓ,比传统熔断器快１ ０００ 倍。
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四、项目关键技术（续3）
3)三电平逆变单元。逆变器应用三电平控 制技术，采用ＩＧBＴ 和低通ＬＣ滤波器,可降 低逆变器开关时对电动机输出的高次谐波。
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五、项目创新点
运用变频器+永磁同步电机对刮板输送机的 驱动进行改造，为解决煤矿实际提出很多创新：
第一，实现了刮板输送机系统的软起动。 第二，实现多机驱动时的功率平衡。 第三，降低设备的维护量。 第四，节能。
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汇报完毕， 非常感谢！
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三、项目的研究内容
1.如何实现多机驱动时的功率平衡。 2.如何刮板输送机断链停机保护。 3.如何实现变频器的三电平逆变。 4.如何提升变频器的冷却效果。
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四、项目关键技术（1）
1．主从功率平衡：要实现多台电动机负载均衡 ，变频器应采用主从方式进行控制，主机变频器采用 速度控制模式，从机接收主机变频器的转矩信号，通 过函数计算获得自身输出转速，实现主机和从机的转 矩或负荷平衡。
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理论研究
1 技术特点
（1）采用先进的三电平交直交变频方式，结构简单，效率高。
为了保证变频器高可靠性，主回路采用最新IGBT，电容器采用干式电容（标称寿命200000小时）。
（2）采用三电平主回路拓扑结构，产生5阶输出线电压，电流畸变率低、电磁噪声小、动静态性能优良，且开关频率低、损耗小、效率高。
（3）能完成速度闭环、电流闭环、磁链闭环、速度观测、矢量控制等功能，实现电机的高性能转矩控制和功率控制，完全满足刮板输送机控制系统的工况要求。
（4）采用层叠母线进行功率器件连接，具有低阻抗、电磁兼容特性好、可靠性高等特点。
2 变频器电气设计方案
（1）总体结构。
矿用隔爆兼本质安全型高压变频器总体结构包
括：12脉波整流单元、直流母线电压滤波单元、三电平逆变单元、输出du/dt 滤波单元、水冷单元、低压控制单元。
（2）整流器方案。
鉴于煤矿井下供电系的所具有的特殊性，且刮板输送机变频控制系统不需要将能量回馈电源（根据技术要求），故整流器采用12脉波二极管整流桥串联结构，交流侧连接移相变压器输出具有30°相位差的三相交流电压。
此结构不仅把整流电路脉冲数由6脉波提高到12脉波，而且大幅降低了5次、7次谐波电流对电网的干扰；二极管整流电路在自然换相点换相，系统的功率因数相对较高，节约了电能；由于直流母线电容容量较大，可有效减少母线纹波电流含量，进一步降低了整流侧谐波含量。
另外，该结构对上、下直流母线电压平衡的控制具有良好的动态响应，为三电平逆变器提供平稳的电平，提升了变频器的调速性能，同时电路结构简单，具有低成本高可靠性的优点。
（3）逆变器方案。
设计采用成熟可靠的二极管箝位式三电平拓扑做为逆变单元的基本组成形式，其基本结构如下图所示，采用二极管箝位式三电平拓扑，逆变器输出电压du/dt 大大降低，等效开关频率相比于两电平提高一倍（从功率器件平均开关损耗和输出电压畸变率角度），降低了功率器件开关应力，同时减小了对电机的慢性损坏。
（4）PWM 控制方式：在三电平结构逆变系统中，鉴于三电平SVPWM 控制方式比SPWM 控制方式具有更高的直流电压利用率，可有效减小无源器件的尺寸，现已成为变频器调制算法的首选。
而三电平变频器自身结构的复杂性导致其SVPWM 调制算法也比两电平要复杂得多。
大功率刮板机防爆变频器设计及应用研究
封安波,李俊强,靳宁宁
（徐州中矿大传动与自动化有限公司,江苏 徐州 221000）
摘 要：传统大功率刮板输送机的驱动以调速型液力耦合器为主，可以实现软启动，但系统复杂，维护工作量大，维护成本高，且不可以长时间工作在低速模式下。
随着科技的不断发展，变频技术在工业领域的应用日趋普及，变频技术应用于煤矿刮板输送机也日益成熟。
变频技术的引入便于实现矿井自动化控制，实现断链保护停机及电动机功率平衡等，省去了调速型液力耦合器，采用直接对轮联接，提高设备的机械效率。
关键词：防爆变频器；刮板机；设计 DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.186
为了兼顾控制器性能及提高系统的整体运行效率，本系统采用简化的SVPWM 调制算法。
三电平电压空间矢量可视为由6个两电平电压空间矢量构成的小六边形相互叠合而成。
对于某一给定的参考电压矢量，必能选择一个小六边形区域，使之位于其内部，因此判断参考电压矢量所在的位置只需判定其所处的小六边形。
在判定参考电压矢量所在的小六边形之后，经过参考电压矢量进行修正及坐标平移即可将三电平电压矢量平面简化为两电平电压矢量平面。
3 散热方案
装置采用水-水交换方式，内循环水采用纯水+乙二醇做循环介质，元器件损耗经过水冷散热器进行热交换，主循环泵将置换出的热量由内循环水通过水-水热交换器，将热量交换到外循环水系统。
水循环系统内部压力、流量可以保持一个恒定的运行状态，内部增加一个水风交换器，可对输出电抗器、电阻等内部元器件进行水冷散热，为系统提供良好的运行环境；由于内水管路不与大气相接触，并且水循环系统设有相应去离子系统，可以去除冷却介质内的游离电子、优化水质，有效的预防管道与设备结垢、腐蚀、电离等现象的发生，以保证系统的安全运行。
本装置由水-水热交换器（水冷部分）、主循环水泵、膨胀水罐、补水装置、去离子系统及监测控制系统等组成组成。
4 机芯结构方案
变频器机芯整体由一套整流机芯、三套逆变机芯、一套水冷机芯等结构体组成，分别进行机芯模块化设计，机芯组件可实现其相应的完整电气功能。
水冷采用水-水交换方式，该系统经过本公司矿井提升机项目产品验证，在可靠性，可维护性，应用性能方面有足够的保障和安全裕量。
设计完成机芯整体结构更加紧凑，布局相对完善合理。
优化功率单元结构，去掉功率单元绝缘外壳结构，为配合对接公差，配套直流母线设计成单层叠装方式（对接方式考虑快速接头等其他待选方案）；机芯整体增加水风散热器，用于LC 滤波电抗器、电容散热及变频器内部热循环；整流母线不同功率等级结构兼容设计。
5 隔爆壳体方案
整体结构采用直筒式方案，柜体两侧开门，侧门上进出线采用快
图1 变频器系统原理图
速电缆连接器方式，同时在柜门上根据电气要求设计相应操作端口；变频器机芯机芯安装固定在移动小车上，通过延伸导轨从一侧整体推入隔爆壳体安装。
6 结束语
变频器已然成为电力传动领域的生力军，已被运用到煤矿的各种传动机械中，而传统大功率刮板输送机的驱动以调速型液力耦合器为主，因此亟需国内企业推出相应产品来满足这部分市场需求。
参考文献：
[1]张智永.矿井提升机电控系统的研究与设计[D].安徽理工大学,2015.
[2]上海华菱电站成套设备有限公司.一种中压变频双控制器冗余装置:中国,CN201320595246.9[P].2014-3-12.。