第一篇：高壓變頻器在煤礦皮帶運輸機中的應用

論文

高壓變頻器在煤礦皮帶運輸機中的應用

閆國剛 八寶煤業（集團）公司

高壓變頻器在煤礦皮帶運輸機中的應用

摘 要:本文主要介紹了國產高壓變頻器在煤礦皮帶運輸機中的應用情況。針對由2臺高壓異步電機拖動的皮帶運輸機，采用了一系列方法成功的解決了皮帶運輸機運行中的同步、功率平衡、調速等問題。成功地應用在白山八寶煤礦主提升皮帶機。應用情況表明，改造是成功的。

關鍵詞：高壓變頻器 功率單元串聯多電平煤礦皮帶運輸機 同步控制 調速

一、引言

隨著電力電子技術、控制技術和電力器件制作工藝的進步，變頻器技術發展迅速，尤其是國產變頻器的發展更是如此，國產變頻器經歷了一段曲折的路程，現在走上了飛速發展的時期，國產變頻器在風機、水泵等一般負載上的應用已成熟，但在提升機、皮帶運輸機等特殊負載上的應用實例還不多。礦用皮帶輸送機一般都采用工頻拖動，液力耦合器傳動，存在傳動效率低、啟動時電流沖擊及機械沖擊大、無法平衡功率等問題，造成了系統運行不經濟；皮帶及皮帶架子損壞和液力耦合器及減速機磨損嚴重，維修及維護成本高；存在無功環流損耗。因此，對皮帶運輸機進行變頻改造，不但大大減輕皮帶機各環節的損壞程度，有利于降低企業生產成本，提高企業經濟效益，還符合國家建設節約型社會的主題，具有非常現實的經濟意義和社會意義。

二、煤礦皮帶運輸機的變頻改造

1、皮帶運輸機的工作原理

皮帶運輸機是通過電機驅動滾筒，靠皮帶和滾筒間的摩擦力牽引皮帶，皮帶通過張力變形在支撐輥輪上運動。皮帶是一個彈性體，在靜止或運行時皮帶內貯藏了大量的能量，在皮帶機起動過程中，如果不加設軟起動裝置，皮帶內貯藏的能量將很快釋放出去，在皮帶上形成張力波并迅速沿著皮帶傳輸出去，過大的張力波極易撕斷皮帶。因此，帶式輸送機必須加設軟起動裝置。目前煤礦采用的軟起動裝置絕大部分是在電機和滾筒間串接液力偶合器。

2、皮帶運輸機的運行工況

原皮帶機是雙主動輥驅動，采用兩臺電機拖動，電機功率為220KW，減速機傳動比為55.49，起動方式是采用直接起動，即一臺電機先送電起動，間隔1秒左右，起動電流降下來后，另一臺電機再送電起動。在電機與減速機之間采用液力耦合器連接，以減小機械沖擊。皮帶機起動起來以后始終以一個速度運行，皮帶運行速度為2米/秒。

3、變頻改造的必要性

原系統采用液力偶合器解決了皮帶機的起動問題，但仍具有明顯的缺點：(1)只能在空載時起動，起動電流大。采用液力偶合器時，電機必須先空載起動。起動電流為電機額定電流的5--7倍。很大的瞬間起動電流會在起動過程中產生沖擊，起動瞬間會使電網電壓下降，影響電網內其它用電設備，另外，還會引起電機內部機械應力和熱應力發生變化，對機械部分造成嚴重磨損甚至損壞。(2)液力偶合器長時工作時，引起液體溫度升高，熔化合金塞，引起漏液，增大維護工作量，污染環境。(3)采用液力偶合器時，皮帶機的加載時間較短，容易引起皮帶張力變化，容易引起皮帶斷裂和老化，因此對皮帶強度要求較高，另外，起動速度快，突然起動加速，對減速機及皮帶架子等機械部分的機械沖擊相當大，對其造成的損壞程度也很大，相對減少其使用壽命。(4)皮帶運輸機系統采用兩臺電機驅動，存在兩臺電機間的功率不平衡問題，重載時更為明顯，直接影響了皮帶運輸機的最大運量。(5)原系統不能實現調速，在皮帶檢修時，皮帶速度快，增加了工人檢修的難度。

三、皮帶機變頻器的技術特點

吉林八寶煤業有限責任公司強力皮帶運輸機皮帶運輸機擔負著井下煤炭外運的任務，一旦皮帶運輸機出現故障就會使全礦停產，直接影響煤礦的產量，故對變頻器的可靠性要求極高；又由于井下設備與皮帶運輸機共用，故要求變頻器對電網有較低的的諧波干擾。故皮帶機變頻器具有以下技術特點，適應皮帶運輸機的特點和現場工況，1.基本技術與性能要求

1.1.變頻裝置輸出諧波及對電網反饋的諧波符合IEEE519 1992及中國供電部門對電壓失真最嚴格的要求，高于國標GB14549-93對諧波失真的要求。輸入功率因數高（大于95%），電流諧波小（遠小于國家標準5%），不需要功率因數補償和諧波抑制裝置就可滿足現場條件。

1.2.變頻裝置對電網的波動有較強的適應能力，在-10％～＋10％電網電壓波動時，可滿載輸出；可以承受-20％、+15%的電網電壓波動而正常運行，完全適應煤礦惡劣的電壓環境。

1.3.變頻裝置帶故障自診斷功能，對所發生的故障類型及位置提供中文指示，能在就地顯示并遠方報警，便于操作人員和檢修人員能及時辨別和解決所出現的問題。1.4.變頻器的最大輸出力矩不小于電動機額定力矩的200%，運用提升機變頻器起動控制技術，可使電機能在較大的重載下啟動，可適應負載的突變。

1.5.變頻器能夠對2臺電機的同步啟動、停止功能。在運行過程中能夠自動地實現轉差調節和功率平衡調節；

1.6.變頻器采用5速度段控制，每個速度段可分別設置，簡化了操作工的操作步驟。2.皮帶運輸機變頻調速系統 2.1.變頻器主回路圖

皮帶運輸機采用一拖一方式，其主電路如圖1所示。

兩臺變頻器分別拖動兩臺電機，K1、K2組成變頻通路，K3為工頻旁路通路。

2.2.變頻器控制系統

變頻器采用遠程控制，操作工可遠程開機、停機以及監測變頻器運行參數和運行狀態；變頻器采用波段控制，共分5個波段，可根據工況要求事先設好這5個速度段，操作工可根據實際工況來自由選擇運行速度；兩臺變頻器之間可實現聯動控制（可在操作界面設置）；變頻器具有自動功率平衡功能，可實現兩臺電機的同步運行。2.3.變頻器的運行方式

雙機運行：兩臺變頻器都必須設為雙機運行，并且其中一臺設為主機，另一臺設為從機，當兩臺變頻器都具備起動條件后，變頻器的開機操作才有效；變頻器運行后，主機按給定頻率運行，另一臺跟隨運行，兩臺變頻器各自實時檢測輸出電流、電壓等參數，經過內部運算獲得電機的轉差率、轉速、功率等，這時從變頻器再與主控變頻器的相應運行參數進行比較，獲得兩機的運行偏差信號，經從機CPU運算后輸出新的PWM控制信號，來調整從機的輸出頻率和功率，以實現變頻器的同步運行和自動功率平衡。

單機運行：兩臺變頻器都可設為單機運行，當設為單機運行后，只能起動其中一臺變頻器，兩臺變頻器無關聯。2.4.變頻器保護功能

變頻裝置系統有過壓、過流、欠壓、短路、過載、過熱、缺相等保護功能。變頻器可與原皮帶機綜合保護裝置如煙霧、打滑、跑偏、煤位、瓦斯、縱向撕裂、急停等對接，并完成各項安全保護性能，具體綜合保護處理方案可由用戶在人機界面上設定。一旦出現系統出現故障，變頻器將發出聲光報警信號。所有故障情況及故障位置，均在人機界面上顯示出來，便于用戶根據故障情況采取相應措施。

四、變頻改造后的運行效果及分析

1.真正實現了皮帶運輸機系統的軟起動

運用變頻器對皮帶運輸機進行驅動，運用變頻器的軟起動功能，將電機的軟起動和皮帶機的軟起動合二為一，通過電機的慢速起動，帶動皮帶機緩慢起動，將皮帶內部貯存的能量緩慢釋放，使皮帶機在起動過程中形成的張力波極小，幾乎對皮帶不造成損害。2.實現皮帶機多電機驅動時的功率平衡

應用變頻器對皮帶機進行驅動時，采用主從控制，實現功率平衡。

3.降低設備的維護量

變頻器是一種電子器件的集成，它將機械的壽命轉化為電子的壽命，壽命很長，大大降低設備維護量。同時，利用變頻器的軟起動功能實現皮帶運輸機的軟起動，起動過程中對機械基本無沖擊，也大大減少了皮帶機起動時對皮帶架子及減速機等機械部份的沖擊及損壞。不但減少了事故率以及維修量，同時降低了維修費用，4.方便皮帶檢修

采用變頻調速后，可將皮帶機運行速度降到很慢，解決了以前由于皮帶機運行速度過快而難于檢修皮帶的問題，縮短了檢修時間，提高了皮帶的檢修效率。

5.提高運輸能力

改造前，若想提高皮帶運行速度很難，因為皮帶速度越高，要求減速機的減速比越小，電機的功率越大，起動時對電氣及機械系統的沖擊越大，相對帶來的損害也越大，采用變頻起動后，由于起動為軟起動，速度是從零開始慢慢增加，所以即便提高皮帶運行速度，也不會增加電氣及機械方面的起動沖擊能量，不會帶來不良影響，經改造后，減速機的傳動比由原來的55.49改為45，電機功率由原來的220KW改為280KW，皮帶運行速度由原來的2米/秒提高到2.5米/秒，皮帶機的運行速度增加了25%，提升能力由原來的188噸/小時提高到230噸/小時，大大提高了皮帶機的運輸能力。6.節約能源

通常情況下，煤礦用電機在在設計選型時都留有較大的裕量，工作時絕大部分不能滿載運行，電機工作于滿電壓、滿速度而負載經常很小，也有部分時間空載運行。由電機設計和運行特性知道，電機只有在接近滿載時才是效率最高、功率因數最佳，輕載時降低，造成不必要的電能損失。這是因為當輕載時，定子電流有功分量很小，主要是勵磁的無功分量，因此功率因數很低。采用變頻器驅動后，在整個過程中功率因數達0.9以上，大大節省了無功功率。

采用變頻器驅動之后，電機與減速器之間是直接硬聯接，中間減少了液力偶合器這個環節。而液力偶合器本身的傳遞效率是不高的，并且液力偶合器主要是通過液體來傳動，而液體的傳動效率比直接硬聯接的傳動效率要低許多，因而采用變頻器驅動后，系統總的傳遞效率可提高5%～10%。

在變頻運行中，在運煤量不大的下或空載的情況下，可將皮帶機的運行速度降低，也可節約一部分電量。

從整體上看，雖然皮帶機的電機功率增大了，傳動比減小了，皮帶運行速度提高了，提升能力提高了，但用電量相對減少了，據不完全統計，改造后噸煤電量可減少0.46度，按06年120萬噸產量計算，年節約電量為55.2萬度，僅電費每年可節約25萬元。

綜上所述，采用變頻器對傳統的皮帶輸送機系統進行改造，不僅有利于提高皮帶輸送系統的運行效率和運行穩定性，還可帶來的巨大經濟效益及社會效益。因此，隨著社會的發展，在皮帶輸送領域，變頻器將最終取代液力偶合器的主導地位。

第二篇：煤礦皮帶運輸機故障研究

煤礦皮帶運輸機故障研究

摘要： 隨著煤炭工業的迅速發展，煤礦井下運輸系統發生了很大變化，特別是最近幾年，礦井井型向大型化發展，皮帶運輸機運行狀況的好壞，在生產環節中占有至關重要的地位。本文對煤礦皮帶運輸機常見的故障進行分析，并提出維護措施。關鍵詞： 煤礦

皮帶運輸機

故障

維護 0 引言

皮帶運輸機是煤礦的主要生產設備之一，特別是大型現代化煤礦，從工作面直到裝車站，煤的運輸幾乎全由各類運輸機傳送。根據多年對井下皮帶運輸機運行狀態管理和系統調查表明，目前井下(包括地面配套)皮帶運輸機普遍存在跑偏、撒料、異常噪音、減速機的斷軸、皮帶打滑等故障，所以對皮帶運輸機的故障加以研究，對減少設備、配件損耗，提高設備使用壽命，增加運輸能力以及安全運行等都有十分重要的意義。1 煤礦皮帶運輸機常見故障及其維護方法 1.1 皮帶打滑故障

1.1.1 電機絞車張緊或液壓張緊皮帶機的打滑

使用電機絞車張緊或液壓張緊的皮帶運輸機出現打滑時可調整張緊行程來增大張緊力。但是，有時張緊行程已不夠，皮帶出現了永久性變形，這時可將皮帶截去一段重新進行硫化或鉚扣。

1.1.2 重錘張緊皮帶運輸機皮帶的打滑

使用重錘張緊裝置的皮帶運輸機在皮帶打滑時可添加配重來解決，添加到皮帶不打滑為止。但不應添加過多，以免使皮帶承受不必要的過大張力而降低皮帶的使用壽命。1.2 皮帶運輸機皮帶跑偏故障 1.2.1張緊處的調整

皮帶張緊處的調整是皮帶運輸機跑偏調整的一個非常重要的環節。重錘張緊處上部的兩個改向滾筒除應垂直于皮帶長度方向以外還應垂直于重力垂線，即保證其軸中心線水平。使用電機絞車張緊或液壓油缸張緊時，應保證張緊滾筒所在的游車平穩地在軌道內前后移動，以保證滾筒軸線與皮帶縱向方向垂直。具體的皮帶跑偏的調整方法與滾筒處的調整類似。1.2.2 調整承載托輥組

皮帶機的皮帶在整個皮帶運輸機的中部跑偏時可調整托輥組的位置來調整跑偏;在制造皮帶時托輥組的安裝架兩側都要預留調偏卡口，以便進行調整。具體方法是皮帶偏向哪一側，托輥組的哪一側朝皮帶前進方向前移，或另外一側后移。皮帶向上方向跑偏則托輥組的下位處應當向左移動，托輥組的上位處向右移動。1.2.3 安裝調心托輥組

調心托輥組有多種類型如中間轉軸式、四連桿式、立輥式等，其原理是采用阻擋或托輥在水平面內方向轉動阻擋或產生橫向推力使皮帶自動向心達到調整皮帶跑偏的目的。一般在皮帶運輸機總長度較短時或皮帶運輸機雙向運行時采用此方法比較合理，原因是較短皮帶運輸機更容易跑偏并且不容易調整。而長皮帶運輸機最好不采用此方法，因為調心托輥組的使用會對皮帶的使用壽命產生一定的影響。1.2.4 調整驅動滾筒與改向滾筒位置

驅動滾筒與改向滾筒的調整是皮帶跑偏調整的重要環節。因為一條皮帶運輸機至少有2～5個滾筒，所有滾筒的安裝位置必須垂直于皮帶運輸機長度方向的中心線，若偏斜過大必然發生跑偏。其調整方法與調整托輥組類似。對于機頭滾筒如皮帶向滾筒的右側跑偏，則右側的軸承座應當向前移動，皮帶向滾筒的左側跑偏，則左側的軸承座應當向前移動，相對應的也可將左側軸承座后移或右側軸承座后移(或利用頂絲調整滾筒軸)。尾部滾筒的調整方法與頭部滾筒剛好相反。經過反復調整直到皮帶調到較理想的位置。在調整驅動或改向滾筒前最好準確安裝其位置。1.3 皮帶運輸機的撒料故障 1.3.1 皮帶運行中過渡不穩

設計安裝時采用過渡托輥，用于頭部和尾部滾筒至第一組槽型托輥之間，可使運輸帶由平形逐步成槽形或由槽形逐步展平。可以減小輸送帶邊緣張力并防止突然攤平時撒料。采用槽角為20°和10°的托輥各一組。1.3.2 轉載點處的撒料

轉載點處撒料主要是在落料斗、導料槽等處。如皮帶運輸機嚴重過載，皮帶運輸機的導料槽擋料橡膠裙板損壞，導料槽處鋼板設計時，距皮帶較遠橡膠裙板比較長，使物料沖出導料槽。上述情況通過控制運送能力、加強維護保養得到解決。1.3.3 跑偏時的撒料

皮帶跑偏時的撒料是因為皮帶在運行時兩個邊緣高度發生了變化，一邊高，一邊低，物料從低的一邊撒出，可通過調整皮帶跑偏解決。1.5 減速機的斷軸故障

1.5.1 減速機高速軸設計上強度不夠

這種情況一般發生在軸肩處，由于此處有過渡圓角，極易發生疲勞損壞，如圓角過小會使減速機在較短的時間內斷軸。斷軸后的斷口通常比較平齊。發生這種情況應當更換減速機或修改減速機的設計。1.5.2 高速軸不同心

電機軸與減速機高速軸不同心時會使減速機輸入軸增加徑向載荷，加大軸上的彎矩，長期運轉會發生斷軸現象。在安裝與維修時應仔細調整其位置，保證兩軸同心。在大多數的情況下電機軸不會發生斷軸，這是因為電機軸的材料一般是45號鋼，電機軸比較粗，應力集中情況要好一些，所以電機軸通常不會斷裂。1.5.3 雙電機驅動情況下的斷軸

雙電機驅動是在同一個驅動滾筒上裝有兩臺減速機和兩臺電機。在減速機高速軸設計或選用余量較小時比較容易發生斷軸現象。過去皮帶運輸機驅動不采用液力偶合器此類情況較易發生，原因是兩臺電機在啟動與運行時速度同步和受力均衡難以保證。現在，大多數已采用了液力偶合器斷軸和電機軟起動裝置，此類現象較少發生，但使用時應注意不可將偶合器加油量過多，以便使其具有限力矩作用和提高偶合器的使用壽命。1.4 異常噪音故障

1.4.1 托輥嚴重偏心時的噪音

皮帶運輸機運行時托輥常會發生異常噪音，并伴有周期性的振動。尤其是回程托輥，因其長度較大，自重大，噪音也比較大。發生噪音的原因主要有兩個原因。一是制造托輥的無縫鋼管壁厚不均勻，產生的離心力較大。二是在加工時兩端軸承孔中心與外圓圓心偏差較大，使離心力過大。在軸承不損壞并允許噪音存在的情況下可以繼續使用。1.4.2 聯軸器兩軸不同心時的噪音

在驅動裝置的高速端電機與減速機之間的聯軸器或帶制動輪的聯軸器處發出的異常噪音，這種噪音也伴有與電機轉動頻率相同的振動。發生這種噪音時應及時對電機減速機的位置進行調整，以避免減速機輸入軸的斷裂。1.4.3 改向滾筒與驅動滾筒的異常噪音

改向滾筒與驅動滾筒正常工作時噪音很小，發生異常噪音時一般是軸承損壞，軸承座處發出咯咯響聲，此時要更換軸承。2 結束語

皮帶運輸機煤礦井下生產系統的一個關鍵環節，對皮帶機正確地進行使用、日常維護、保養非常重要，如：檢查所有緊固件并確認沒有松動；清潔皮帶并確認皮帶完好，如發現皮帶破損應及時更換；檢查電機減速箱內的潤滑油并確保正常；檢查皮帶張緊度并調整至適當，等等這些是非常必要的，同時，通過本文的論述，對皮帶運輸機的日常故障處理有一定的借鑒意義，更好的為煤礦生產服務。

第三篇：德力西變頻器在煤礦皮帶機上的應用方案

德力西變頻器在煤礦皮帶機上的應用方案

國產德力西變頻器在煤炭礦井采煤作業面輸送皮帶機變頻改造中的應用;詳細地敘述了輸煤皮帶機的工作原理和變頻改造的方法。分析了三相異步電動機在四個象限的工作狀態，介紹了采用IGBT垂直串聯技術的國產德力西變頻器。本改造案例是國產德力西變頻器在煤炭礦井輸送機上的典型應用實例，為國內各煤礦企業類似的改造提供了范例。

內現有大多數煤礦的皮帶輸送機一般都采用工頻拖動，較少使用變頻器驅動。由于電機長期工頻運行加之液力耦合器效率等問題，造成皮帶運輸機運行起來非常不經濟；同時由于電機無法采用軟起軟停，在機械上產生劇烈沖擊，加速機械的磨損；還有皮帶、液力耦合器的磨損和維護等問題都會給企業帶來很大數額的費用問題。這對于現在創建節能型社會是不相符合的，對煤礦企業的皮帶輸送機進行變頻改造對節約社會能源、增加煤礦企業的經濟效益都具有非常現實的經濟意義和社會意義。皮帶輸送機的結構組成

華北某煤礦400米井下采煤作業面采用三段式皮帶下行傳送；第一段向下運輸，水平距離950米，提升高度116.3米；第二段向下運輸，水平距離680米，提升高度25米；第三段向下運輸，水平距離630米，提升高度84.2米。運輸能力為3000噸/小時（最大），皮帶帶寬1.4米，皮帶機運行速度為4m/s，運輸方式為下運。改造前的拖動方式為每段皮帶機由兩臺250KW饒線式三相異步電動機經液力耦合器同軸連接；皮帶機的啟動和運行方式為，繞線電機經轉子繞組降壓啟動后工頻運行，經液力耦合器切換至皮帶機。第一、二段皮帶機的電機分別由同一線路的兩臺變壓器供電，第三段皮帶機的電機由同一線路的另一臺變壓器供電。改造前各段皮帶機自成體系，互不聯系，均采用手動運行方式，皮帶機啟動后電機恒速運行，采用調節液力耦合器的機械效率來調整皮帶的速度。該煤礦井下采區皮帶機縱剖面示意圖如圖1，水平面剖面示意圖如圖2所示。皮帶機的工作原理和特點 皮帶機通過驅動輪鼓，靠摩擦牽引皮帶運動，皮帶通過張力變形和摩擦力帶動物體在支撐輥輪上運動。皮帶是彈性儲能材料，在皮帶機停止和運行時都儲存有大量勢能，這就決定了皮帶機的啟動時應該采用軟啟動的方式。國內大多數煤礦采用液力耦合器來實現皮帶機的軟啟動，在啟動時調整液力耦合器的機械效率為零，使電機空載啟動。雖然采用了轉子串接電阻改善啟動轉矩和降壓空載啟動等方法，但電機的啟動電流仍然很大，不僅會引起電網電壓的劇烈波動，還會造成電機內部機械沖擊和發熱等現象。同時采用液力耦合器軟起皮帶時，由于啟動時間短、加載力大容易引起皮帶斷裂和老化，要求皮帶的強度高。加之液力耦合起長時間工作會引起其內部油溫升高、金屬部件磨損、泄漏及效率波動等情況發生，不僅會加大維護難度和成本、污染了環境，還會使多機驅動同一皮帶時難以解決功率平均和同步問題。

三相異步電動機四象限動態運行分析

1.從圖1可以看出該皮帶機是向下輸煤至主井，從圖2可以看出同一皮帶機上的兩臺電機是同軸連接，當皮帶機工作時兩臺電機分別一臺正轉、另一臺反轉。以第一段皮帶機的1#和2#電動機為例，當皮帶機空載運行時，1#電機反轉、2#電機正轉，皮帶機下行運動；此時電機的輸出轉矩通過液力耦合器轉換后作用在皮帶機驅動輪轂上，并與上層皮帶自重沿傳輸面重力分量作用在皮帶機驅動輪轂上的力矩合成。合成的驅動力矩與驅動輪轂受到的皮帶摩擦力阻力合力矩相平衡，皮帶機空載運行；此時1#電機處于反轉電動態，工作在第三象限；2#電機處于正轉電動態，工作在第一象限。當皮帶上煤后，煤的重力沿皮帶傳輸方向的分力也作用在驅動輪轂上，并使得驅動力矩逐漸增大；當驅動力矩超過摩擦阻力力矩后，驅動輪轂的轉速將加速轉動，通過機械連接使得電機轉子也加速轉動，其速度將超過同步轉速；此時1#電機處于反轉再生態，工作在第四象限；2#電機處于正轉在生態，工作在第二象限。

電機運行在第一、第三象限內時為電動態，其定子中的旋轉磁場、電機的輸出電磁轉矩與轉子的轉向同向，電機輸出的電磁轉矩是轉子的驅動力矩，此時電機從電網吸收的電能大部分由電磁轉矩作用到轉子上以機械能形式輸出。當電機運行在第二、第四象限內時為再生態，由于轉子切割磁力線的方向發生了改變，故電機作用到轉子上的電磁轉矩方向也發生改變，成為轉子的制動阻力力矩；此時電機轉子被負載的合成力矩拖著以超過同步轉速的速度轉動，負載作用在皮帶機驅動輪轂上的機械能由電機反饋回電網。故在進行下行皮帶機變頻改造時，應選用四象限帶能量回饋的專用變頻器。三相異步電動機在四個象限運行的特征曲線如圖3所示，變頻驅動三相異步電動機在四個象限的運行特征曲線如圖4所示。

2．變頻器驅動三相異步電動機的啟動情況可以分為電動態啟動、再生態啟動和空載啟動。為了防止啟動時因為拖動系統速度不為零而造成電機和變頻器發生過載情況，變頻器在電機啟動前預先輸出零赫茲的力矩電流，即變頻器對電機預先輸出一個直流力矩TL與負載力矩相平衡，保證拖動系統啟動時初速度為零，這樣變頻器啟動后逐漸升高輸出頻率，并保持輸出轉矩基本不變（視啟動后負載力矩情況而定），實現電機的帶載啟動。當變頻器輸出頻率到達設定頻率后，電機按該頻率下的特征曲線運行。圖

5、圖6分別為變頻器驅動三相異步電動機電動態啟動和再生態啟動時電機的特征曲線變化圖，圖中箭頭為啟動時變頻器輸出頻率、輸出轉矩、電機轉速及特征曲線等參數的變化方向。皮帶機變頻改造.皮帶機變頻技術改造措施 根據以上分析可以知道，因為下行皮帶機運行時其驅動電機會運行在四個象限內，這就需要驅動用變頻器是四象限帶能量回饋型變頻器。同時根據皮帶機的工作情況，需要變頻器能夠在電機帶載啟動、空載啟動或是停機時能夠輸出直流制動力矩，以保證皮帶機平穩啟動、停止，減小機械沖擊。

為使該皮帶機同軸的兩臺電機能夠實現轉矩平衡，在變頻改造中采用同軸的兩臺電機的兩套逆變單元公用直流母線、統一控制指令，公用一套整流單元和回饋單元。這樣控制系統檢測控制兩臺電機的輸出轉矩，使之達到轉矩平衡，徹底解決扭震、共振等問題。為使整個皮帶機系統達到同步，可以將所有變頻單元里的直流母線共同連接，將控制系統設成主從控制；系統檢測所有電機的輸出轉矩，經運算后控制各電機的輸出轉矩達到統一平衡，從而實現所有電機轉矩平衡和速度同步。將所有變頻單元的直流母線連接在一起，還可以實現變頻器內部整流單元、逆變單元和回饋單元的冗余連接。當某一個整流或回饋單元發生故障時，可以由其他的整流和回饋單元來完成整流和回饋功能。如果當某一個逆變單元故障時，則系統檢測負載狀況，并計算其余電機能否拖動整個皮帶，如果可以則由其余逆變單元和電機繼續工作。在改造中保留原有工頻啟動柜，將其作為變頻運行的工頻旁路備用，提高設備的應急運行能力。

對于該中壓變頻器的一次供電，采用同一線路的兩臺6KV變1140V的電力變壓器并列運行向1#～4#電機的變頻器供電，同一線路的另一臺6KV變1140V的電力變壓器單獨向5#、6#電機的變頻器供電。這種一次供電方案在一定程度上提高了供電系統運行的可靠性，在一定程度上降低了整個皮帶機供電系統全部停電的風險。皮帶機變頻改造主電路原理圖如圖7所示。

2.皮帶機自動控制系統的改造

皮帶機自動控制系統采用西門子S7-300 PLC以主從方式通過Profibus DP通訊完成連接。井上中控室S7-300 PLC 設為主站，通過CP342-5 FO 主從通訊處理器光纖接口，使用光纖連接井下S7-300 PLC 從站。井下S7-300 PLC 從站和中壓變頻器都裝置在防爆殼體內，并在井下集中安裝，采用安全隔離模塊隔離處理變頻器和皮帶機張力檢測模擬量信號。通過Profibus DP網絡可以將皮帶機自動控制系統與整個煤礦的DCS系統相連接，也可以通過安裝LE/PB Link和整個煤礦的工業以太網連接。

在中控室設上位監控計算機，使用西門子WinCC組態軟件，可以對皮帶機進行實時監控，并可以使用該軟件的歷史數據記錄功能記錄歷史數據和報警數據。PLC控制系統完成對變頻器的起、停控制，實現各電機等速啟動和同步控制，對各電機進行過流、過載、短路、斷路檢測和保護，同時能夠實現對皮帶跑偏檢測、皮帶堆煤等保護。

3.皮帶機變頻改造中機械結構的改造措施 皮帶機變頻改造后，將原有的電氣柜保留作為工頻旁路，同時將液力耦合器的效率調至最大；如果調試中變頻器發生故障，則可以利用原有的工頻啟動柜應急運行，啟動時調整液力耦合器效率為零，電機空載啟動，啟動后適當調整液力耦合器效率。當整個設備運行調試完成后，實驗運行一段時間證明設備整體運行穩定、良好后，可以拆除液力耦合器，將皮帶轉軸直接連接到電機上。拆下的液力耦合器入庫儲存備用，如果發生變頻器故障需要工頻運行時，可以把相應的液力耦合器再裝上實現應急運行。

5基于IGBT直接串聯技術的德力西變頻器

IGBT是雙極性隔離門極晶體管的縮寫，是具有自關斷特性的高速功率元件。由于IGBT模塊的耐壓問題，使得IGBT串聯問題成為了世界公認的尖端難題。為了避開IGBT串聯問題，國外眾多品牌普遍采用單元串聯多電平技術來生產中高壓變頻器。這使客戶需要花費大量金錢購買體積巨大、結構復雜的多副邊移相降壓變壓器，不僅投資大，而且運行起來很不經濟；更重要的是這種類型的過渡型中高壓變頻器根本無法實現電機四象限運行,也就決定了其無法用于皮帶機。國產德力西變頻器采用了吳氏3/2鉗壓技術，該專利技術的使用在世界上首次實現了IGBT模塊直接串聯使用，使中高壓變頻器真正意義上做到了能夠在四象限運行和實現了公用直流母線功能。同時國產德力西變頻器還采用了抗共摸電壓技術、諧波擬制技術、正弦波技術等多項專利技術，使得國產德力西變頻器已經成為世界上唯一品牌的中高壓通用型變頻器。

6結束語經過變頻技術改造后皮帶機運行良好，徹底實現了皮帶輸送機的軟起、軟停運行方式，大大提高了系統的功率因數和系統效率。改造后系統可以根據負載變化情況自動調整輸出頻率和輸出力矩，改變了以前電機工頻恒速運行的模式，在很大程度上節約了電力能源；而且四象限中高壓變頻器的使用實現了皮帶機能量回饋功能，進一步使得皮帶機的能耗降低；液力耦合器的退出更大地節約了設備的維護和維修費用。經過改造后的運行，事實證明國產德力西變頻器與眾多國內外過渡型中高壓變頻產品相比，有著無法比擬的優越的產品性能和無法超越的技術領先優勢；在煤炭行業的節能改造中應用能夠創造巨大的經濟效益和良好的社會效益，對于創建節能環保型的社會發揮著重要的作用。

第四篇：高壓變頻器使用手冊——中英文版-前言

前

言 Preface

前

言

Preface
首先，非 常感謝 您選 用 PowerSmart TM 系 列高壓 變 頻器，它 系哈爾 濱九 洲 電氣股份 有 限公司（簡稱 JZE 公司）榮譽出 品。Firstly, we appreciate you very much for choosing high voltage Drive of PowerSmart TM series which is produced by Harbin Jiuzhou Electric Co., Ltd(JZE Company for short).JZE 公司嚴 格貫 徹執行 ISO9001-2000 國 際質量 保證體系 標準，產 品性 能可靠，已 在 電力能源、冶 金鋼鐵、市政供水、石 油化工 等 行業大量 應用。JZE Company implements standards of IS09001-2000 International Quality Guarantee System strictly, our products have reliable performance, which have been applied greatly in electric power energy, iron & steel, municipal water supply, petrochemical and other industries.PowerSmart TM 系列 高壓 大功率調 速產 品已經 通 過了國家 電控 配電設 備 質量監督 檢驗 中心的嚴 格檢 測，性能 優良，對電 網和 電機的 諧波污染 極小，被譽為 “無諧波的 綠色 變頻 器”。Our High-Voltage Large Power Speed Regulation Products of PowerSmart TM series have been inspected strictly by National Electric Control& Distribution Equipment Quality Supervision and Testing Center with perfect performance, which have little harmonic pollution for electric net and motor and are called “Harmonic-free Green Transducer” with honor.該產 品 在出 廠 前 已經 進 行了 嚴 格的 測 試 和檢 驗，為 合 格產 品，請放 心 使用。在安 裝 及使用前，請 您仔細 閱 讀本使用 手冊，并妥 善 保管，必 要時 應請廠 家 技術人員 協同 安裝 和調試。Our products have been tested and inspected strictly before delivery, which are qualified product, please use with assurance.Before installation and use, please read our manual carefully and keep properly;when necessary, cooperate with our technician to install and debug.

第五篇：高壓變頻器在電動機繼電保護中的運用論文

摘 要：電動機的傳統保護方式已經不能在適應現代電動機繼電保護的需求，針對這個問題，本文主要對高壓變頻器簡介、傳統電動機保護配置與變頻器電動機保護配置、高壓變頻器在電動機繼電保護中運用時產生的問題、變頻差動保護原理以及變頻器電動機差動保護進行了分析。

關鍵詞：高壓變頻器；電動機；繼電保護

1.高壓變頻器簡介

高壓變頻器的基本組成如圖1所示。高壓變頻器的種類很多，其主要包括直接變頻器（循環變頻器）和間接變頻器（脈沖調制型、負載換流型、中點鉗位型、飛跨電容型、H橋級聯型）。

2.傳統電動機保護配置與變頻器電動機保護配置

2.1傳統電動機保護配置

異步電動機的故障有定子繞組相間短路故障、繞組的匝間短路故障和單相接地故障；不正常運行狀態主要有過負荷、堵轉、起動時間過長、三相供電不平衡或斷相運行、電壓異常等。因此，對于高壓電動機，根據規程以差動保護或電流速斷為主保護，以過負荷保護、過流保護、負序保護、零序保護及低電壓保護等作為后備保護。

2.2變頻器電動機保護配置

為了確保系統的可靠性，工頻旁路一般都是用變頻器來進行，這樣也使電動機能夠正常工作。如圖3所示，在保證變頻器檢修時，開關K1、K2與主回路沒有接觸點，此時閉合開關K，電動機運行主要是通過旁路來進行。當按照此情況運行時，電動機由高壓母線工頻電壓直接驅動，開關出線以及電動機本體就是進線開關QF處保護裝置的保護對象。因此，電動機保護配置就需要根據常規電動機保護的要求進行，對于有差動保護要求的，需要增加電動機差動保護裝置。當斷開開關K3時，由變頻器拖動電動機時，開關出線以及變頻器就是進線開關QF處保護裝置的保護對象。目前，由整流變壓器等部分構成的變頻器是發電廠比較常用的，也就是說，開關出線以及整流變壓器是進線開關QF處保護裝置的保護對象。此時電動機的負荷與母線隔離后高壓變頻器的負荷相同，因此，高壓變頻系統的控制器能夠實現電動機的保護。當然也有些電動機無法實現差動保護，因為開關處電流與電動國際中性側電流頻率不同，此時步伐實現保護，只能選擇退出。

目前變頻器電動機保護配置方式主要存在兩個問題：(1)對于2000kW以上的電動機，需要配置差動保護。因此，在變頻器拖動電動機情況下，電動機差動保護退出，保護的可靠性受到影響。(2)任意時刻，變壓器保護裝置、電動機保護裝置只有一臺投入使用，降低了裝置的使用效率。

3.高壓變頻器在電動機繼電保護中運用時產生的問題

一般而言，高壓異步電動機應裝設縱聯差動保護。對6.3MVA及以上的變壓器應裝設本保護，用于保護繞組內及引出線上的相間短路故障；保護裝置宜采用三相三繼電器式接線，瞬時動作于變壓器各側斷路器跳閘，當變壓器高壓側無斷路器時，則應動作于發電機變壓器組總出口繼電器，使各側斷路器及滅磁開關跳閘。對2MVA及以上采用電流速斷保護靈敏性不符合要求的變壓器也應裝設本保護。

目前而言，工變頻互動方式是現場電動機加裝變頻器所采用的主要改造方式，其系統架構如圖2所示。

變頻器可以通過可編程邏輯控制器自動完成或者手動完成變頻與工頻之間的切換，但是條件是當變頻器出現故障或者工況要求進入工頻供電；在工頻運行時，如果變頻運行需要重新投入進行，那么工頻與變頻狀態的切換就可以通過自動或者手動完成。

當電動機處于工頻運行工況時，那么對于現場使用要求，常規電動機保護對此要求是能夠滿足的；當電動機處于變頻運行工況時，由于變頻器裝置的加入，在頻率、相位上，變頻器的輸入和輸出電流之間的關系不大，如果其保護配置還是按照原來的方法進行，那么要想實現保護功能就受到了阻礙。因此，在具有高壓變頻器的電動機中，只需對電動機進行單獨保護就行，不應將變頻器納入差動保護的范圍。差動保護范圍為：始端電流互感器應置于變頻器的輸出端，而非電源開關側，末端電流互感器置于電動機的中性點側。

電動機在變頻運行工況時，變頻器輸出頻率范圍一般可以達到0.5~120Hz，現場實際調頻運行范圍一般在15~50Hz。而目前常用的微機保護裝置均是根據行業標準設計的，即采用固定頻率50Hz進行數字采樣計算，如何讓微機保護裝置能夠適用于大范圍頻率運行是變頻電動機保護必須解決的問題。同時，考慮到在變頻器電源輸出側不方便裝VT，如何實時測量電動機運行頻率也是需要解決的難題。

4變頻差動保護原理

裝置的寬頻率運行采用實時頻率測量、實時頻率跟蹤、實時電流互感器補償的方式來實現引風機變頻工況的差動保護。裝置采用了電壓和電流相結合的測頻模式，當電壓不能接在裝置外回路時，此時采用電流測頻。同時軟件過零點測頻算法和實時頻率跟蹤相結合是裝置的頻率測量的采用的主要方法，并且在此基礎上，采用了幅值自動補充功能，主要是考慮到了不同頻率下幅頻特性的不一致，從而在不同范圍內使裝置具有可靠的采樣精度得以保證，裝置的正確可靠動作也得到了進一步的實現。

5．變頻器電動機差動保護

高壓變頻器在電動機中的運用，在此情況下，如圖3所示，由于電動機機端CT1與CT3兩處的電流頻率不同，而導致傳統的電動機差動保護無法使用。目前磁平衡差動保護的應用主要存在以下問題：（1）目前發電廠使用的電動機基本上都無法提供磁平衡差動所需要的中性側電纜引出。(2)磁平衡差動的電流是在變頻器下方，非工頻電流。對于微機保護，按照工頻50Hz整定的定值不適用于非工頻情況。由于差動保護的兩側電流必須為同一頻率下電流。可考慮在變頻器下方、電動機上方加裝一組CT，即CT2，此組CT可安裝于變頻器柜中，由CT2和CT3兩組電流構成差動保護。常規差動保護為相量差動，其原理是用傅里葉算法，根據一個周波的采樣點計算出流入和流出電流的實虛部，再計算出差動和制動電流的幅值、相位后用相量比較的方式構成判據。由于電流非50 Hz工頻，因此在進行傅里葉計算時需要通過頻率跟蹤保證計算結果的正確。由于變頻器下方無電壓引入，因此通過常規的電壓跟蹤頻率方式無法實現。有廠家提出利用電流跟蹤頻率，但由于電流跟蹤頻率存在較大的誤差，容易引起保護的誤動、拒動，在實際中并不采用。

對于差動保護中采用的采樣值差動，微機保護中所有通道采樣均為電流在同一時刻的瞬時值:當被保護設備沒有橫向內部故障時，各采樣電流值之和為零；當發生內部故障時，各采樣電流值之和不為零。采樣值差動保護就是利用采樣值電流之和按一定的動作判據構成。

與常規相量差動保護相比，采樣值差動具有動作速度快、計算量少等特點，是微機差動保護領域的一個突破，己應用于母差、變壓器等保護中。采樣值差動不涉及傅氏計算，變頻器所帶來的諧波也不會影響其計算精度，因此，對工作于25~50Hz的高壓變頻電動機，其差動保護可以利用該算法實現。

總而言之，就目前高壓變頻器在電動機繼電保護中的運用而言，實現差動保護主要采用值差動保算法來進行，可以最終使用一臺裝置來實現變壓器與電動機保護裝置的功能，這樣不僅使高壓變頻器在電動機繼電保護中實現了相應的功能，而且也使成本節省了很多。

參考文獻：

1.Science and Technology Information, 2011,(16)