防爆变频器应用介绍

2. 煤矿用
煤矿防爆变频器市场容量
~20亿产 值/年
2010年
15~25%增 长率
防爆变频器构成及商业模式
电光防爆
供应商
防爆电气系统 + 变频器机芯 =
电光防爆 防爆变频器
最终用户：煤矿
煤矿防爆变频器系统集成商
25
江浙沪, 21
20
华北, 15
15
10
5
0 江浙沪
华北
山东, 13 中原/西北, 7 其他, 7
主扇变频系统现场应用
• 煤矿地面抽出式通风 • 金属矿山、化学矿山
功率 电压 （KW） (KV)
电流 (A)
2X185
25.1/15.1
2X250
33.2/19.9
。。。 6/10 885-6800
2X315
41/24.6
2X500
64/38.4
变频调速，解决大马拉小车－－－实现按需供风，达到节
高压变频器系统
• 方便灵活组成单双电源 • 1/2/4台电机灵活组合
局扇变频系统现场应用
为保证工作面有充足的新鲜风流和瓦斯浓度不超过规定值为条件
#1 变频器
#2 变频器
达到安全排放瓦斯 和节能通风的目的
瓦斯传感器S1,S2,S3 瓦斯浓度检测
自动调节输出频率，改变通风机电动机转速，调节通风机的风量 专用供电线或备用供电线会实现自动切换
3
P2 P1
n2 n1
51.2%
• 风机(泵)的功率(电机功率)与电机转速成三次方关系
节约电能48.8%！！！
对旋隔爆局部通风机
• 应用领域：广泛适用于煤矿隧道掘进作长距离、高 风压通风
• 节能要求：根据瓦斯浓度不同进行风量调节
电机容量相同
旋转方向相反
#1 #2 电机 电机
电机功率 风量 （KW） (m3/min)
皮带机变频系统组成
控制系统
驱动系统
执行单元
皮带运输机变频驱动系统
皮带运输机驱动方式比较
比较项目 结构形式 驱动性能
多级驱动 一致性 启动特性 传动效率 多机速度同步 验带 运行成本 故障诊断 能力 功率因数
效率 供配电
控制及通讯 体积/重量
变频驱动 变频器+电机+标准减速机 高性能调速驱动，可调带速，调速范围宽。 能按照皮带机的S曲线实现软启动，控制精 度高 好，采用矢量控制、能实现双闭环控制、控 制精度高、实现功率平衡 好，对电网无冲击，启动电流小 高（空气冷却） 精度高 可调验带速 低，可节能 强，变频器会智能辨别显示故障类型、故障 位置，并且时时存储 高，具有功率补偿功能
3、大倾角上下输送机
运量Q=2500t/h 运距L=1500m 带速v=4.5m/s 驱动总功率P=3000kw 倾角小于35度/－28度
4、水平拐弯运输机
核心关键技术 ⑴带式输送机动态分析与监控技术； ⑵软起动与功率平衡技术； ⑶中间驱动技术； ⑷自动张紧技术； ⑸新型高寿命高速托辊技术； ⑹快速自移机尾技术； ⑺高效储带技术。
乳化液泵
1、固定高强度带皮式带输运送输机系统
机
运量Q=1000~4500t/h 运距L=1000~8000m 带速v=2.5~5.6m/s 驱动总功率P=750~5550kw 倾角小于18度
2、可伸缩带式输送机
运量Q=4000t/h 运距L=6000m 带速v=4m/s 驱动总功率P=3360kw 倾角小于30度
PLC控制系统：主要完成绞车从启动、加速、等速、减速、爬行到停车的整个运行过程的逻辑 控制；行程测量、控制与指示；故障检测、报警与保护；安全电路及液压站工作制动与安 全制动控制等。
信号系统：是根据上下井口和各个中段的生产情况,在具备开车条件后，由各水平信号工以打 点的形式,通知司机按要求开车,同时与PLC控制系统之间有各种信号闭锁,可避免因司机误 操作造成安全故障。
变频驱动系统
• 启动平稳 • 启动转矩 大
• 抗负荷能力强 • 自动化，智能 化
采煤机动力系统
牵引电机功率平衡
序号 1 2 3 4 5
6
名
称
参数
装机总功率 (kW)
930
供电电源电压 (V)
3300
切割 电机
功率（kW） 转速 (r/min)
电压 (V)
400 1480 3300
牵引方式 交流变频无级调速链轮销排式无链牵引
• 工频/变频输出保护 • 乳化液自动补偿 变频调速节能
2台或多台 乳化液泵站
• 乳化油自动补偿
• 自动定时反向冲洗
防爆变频器
• 乳化液泵温度自动保护
• 管路压力自动PID控制调整
液压支架
回液管路
卸液管路
抽液管路
乳化液箱
（95%水+5%乳化油）
液路 电路
乳化液泵系统组件
防爆变频器
乳化液泵站
乳化液箱体
低，需增加用户额外投资购买高压电容补偿 装置 低，整个速度范围内变化很大 复杂，需要配置断路器、高压开关、软启动 器、功率因数补偿装置、电机保护装置 无法实现生产自动化 体积大/重量大
绞车提升机系统
串电阻调速
1、在料车空车下放时，电机的转速超过了同步转速， 电机 处于发电状态，由于没有处理环节，大量的 无功能量消耗在转差电阻上，致使电机能耗增加， 不但浪费大量的电能，而且使电机铜损、铁损增 加，增大了电机的维修费用。同时电阻器的安装 需要占用很大的空间。
• 传感器：
A. 温度传感器 B. 压力传感器
• 机构件：
A. 箱体 B. 自动配液阀 C. 交替阀 D. 高压过滤器 E. 回液过滤器 F. 卸载阀 G. 液标 H. 。。。
• 传感器：
A. 液位传感器 B. 油位传感器
乳化液泵系统主要电气框图
工 频 支 路
防爆 变频 器
散热风机 上油泵
• 补液阀、冲洗阀 • 液位、油位传感器 • 压力、温度传感器
5、下运输机 6、垂直运输机
长距离、大运量、高带速
7、管状式带式运输机
8、压带式运输机
传统皮带机驱动系统
(1) 投入耦合器前要先将电机全频、全压启动后再加液压去耦合减速器。这种启动方式启动电流大，启动力矩 小，投切时机械振动大、可能会使皮带受冲击大而易断。皮带主机又安装在楼上，随着使用时间的延长，楼房 因剧烈振动出现严重受损。 (2) 机械磨损和老化、漏油等问题日趋严重，性能逐年降低，故障率增加，设备维修费用高、难度大。 (3) 皮带机效率低，损耗大，耦合器的投入造成了耦合性无功转差，使电能浪费。 (4) 液力耦合器故障时，无法切换到工频旁路运行，必须停机检修。且维修复杂，严重地影响生产。 (5) 液力耦合器不能解决多台电机同轴传动间的同步与功率平衡关系，造成不少的无功环流电耗。
高，整个速度范围内变化小 简单（变频本身具有智能电机保护）
自动化，采用Profibus、MODBUS等通讯 标准柜体/重量轻
调速型液力耦合器 电机+液力耦合器+标准减速机 液力驱动，带速不可调，调速范围窄，不能 实现动态调整，启动时对弹性负载冲击很大
较差，对多驱系统不能实现功率平衡，机械 损伤大 较差，对电网有冲击， 5-7倍启动电流 低（需水冷却系统） 精度差 不可以 高，换油，影响生产 低，需要人工到现场查找
绞车提升机系统工作时序图
绞车提升机变频器主要功能
1、回馈制动： 变频器采用能量回馈单元将再生能量回馈给电网。
2、自动减速： 变频器接收到系统给出的减速信号后，启动机内的减速程序， 按照设定要求将提升机的运行速度逐渐降低。
3、多段速控制 变频器内部预置了多段速度控制，分别对应于变频器不同的 运行频率,以适应控制系统对提升机不同运转速度的要求。各 速度段对应频率可以分别设置，以满足各种工况运行需要。
4、紧急停车 变频器提供了紧急停车信号输入端子，急停信号动作后，变 频器立即停止输出，电机处于自由运转状态，然后依靠机械制 动装置停车。
刮板机变频驱动系统
缺点
刮板输送机驱动系统
可控硅 软启动
双速电动机
CST等可控 液力耦合器
启动转矩受限
机械冲击； 电气冲击； 启动失败、断链； 安全性差。
进口设备； 维修时间长； 费用高； 制约高效生产。
功率（kW）
55
牵引电机
转速 (r/min)
0--1472--2455
电压 (V)
1140
功率（kW）
20
泵站电机
转速 (r/min)
1465
电压 (V)
3300
电机车变频系统
谢谢！
4. 运行速度曲线成S形，使加减速平滑、无 撞击感。
5. 安全保护功能齐全，除一般的过压、欠压、 过载、短路、温升等保护外，还设有连锁 保护、自动限速保护功能等。
6. 设有直流制动、能耗制动、及回馈制动等 多种制动方式，使安全性更加可靠。
绞车提升机变频系统
变频调速系统：根据PLC控制系统发出的控制指令，通过对绞车交流异步电动机转矩和频率的 控制,来完成对绞车运行速度的控制。
5. 自动化程度不高，增加了开采成本，影响了产量。
6. 低电压和低速段的启动力矩小，机械特性比较软， 带负载能力差，无法实现恒转矩提升。
变频器调速
1. 实现了软启动、软停车，减少了机械冲击， 使运行更加平稳可靠。
2. 调速连续方便，可分段予置，连续调节。
3. 起动及加速换挡时冲击电流很小，减轻了 对电网的冲击，简化了操作、降低了工人 的劳动强度。
• 机构件：
A. 防爆壳体 B. 热管 C. 。。。
• 电气元件：
A. 变频器 B. 输入/输出滤波器 C. 输入/输出电抗器 D. PLC/HMI E. 隔离开关/接触器 F. 散热风机 G. 本安/开关电源 H. 熔断器/变压器 I. 声光报警
• 执行机构：
A. 乳化液泵 B. 驱动电机 C. 上油泵电机 D. 补液阀 E. 冲洗阀 F. 管路件 G. 紧固件 H. 。。。
煤矿防爆变频器介绍
2012/01/30
• 防爆变频器行业市场分析 • 防爆变频器行业应用介绍
中国节能减排计划与行动
《联合国气候变化框架公约 》---《京都议定书 》
1990至2005年，单位国内生产总值二氧化碳排放强度下降46%
2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%－45%
85
2X30 662-265 565-6615
85
2X45 950-320 885-6800
85
2X55 985-332 900-6950
85
2X75 1200-400 1000-8000
85
补充取证
变频方案介绍
--- 电气原理框图
变频方案介绍
--- 电气原理框图
• 专用/备用互补自动启动 • 设备状态实时显示
水泵变频系统
冷却水
冷却水泵
主机
淮南矿：1140V/630kw
水泵的软启动，减小电流冲击 变频流量控制，节约电能消耗
电流I 300% 250% 200% 150% 100%
50%
冷冻水泵
工作面
工频电流特性 变频电流特性
防爆变频器
乳化液泵变频系统
乳化液泵站和液箱
液压支架
• 传感器信号识别/限值设定
• 工频/变频自动独立运行
2. 控制系统复杂，导致系统的故障率高，接触器、电 阻器、绕线电机碳刷容易损坏，维护工作量很大， 直接影响了生产效率。
3. 低速和爬行阶段需要依靠制动闸皮摩擦滚筒实现速 度控制，特别是在负载发生变化时，很难实现恒减 速控制，导致调速不连续、速度控制性能较差。
4. 启动和换档冲击电流大，造成了很大的机械冲击， 导致电机的使用寿命大大降低，而且极容易出现 “掉道”现象。
煤机动力 设备
4. 其他设备
• 地面煤炭洗选 • 地面运输设备
风机泵类设备变频节能计算
生产工艺只需80%的 通风量/流量/压力。。。
1
• 风机(泵)的风量(流量)与电机转速成一次方QQ12 关 系nn12 80%
2
• 风机(泵)的风压(管压力)与电机转速成二次方关HH12 系 nn12 64%
山东
中原/西北
其他
From：2010年防爆变频器会议
• 防爆变频器行业市场分析 • 防爆变频器行业应用介绍
煤矿机械动力设备分类
1. 固定设备
• 主/局扇风机 • 空气压缩机 • 水泵，冷却泵 • 乳化液泵
2. 采掘设备
• 采煤机 • 掘进机 • 刮板运输机
3. 运输设备
• 电机车 • 皮带运输机 • 绞车提升机
全压 (Pa)
最高全压 效率(%)
2X5.5 254-156 330-2892
82
2X7.5 315-181 241-2675
82
2X11 420-198 352-4200
85
2X15 469-262 445-5282
85
2X18.5 525-255 475-5775
85
2X22 578-255 490-6300
80%
70%
70%
60%
50%
Fra Baidu bibliotek
40%
30%
20%
10%
0% 煤炭
中国能源结构及煤矿现状
17.80%
6.70%
3.90%
煤矿产能大户，但有是耗 耗能占全国：3.86% 耗电占全国：3.49%
0.80%
0.80%
石油
水电
天然气
核电
其他
96%地面井下开采---平均深度600m
4%露天开采
1. 防爆变频器