采用變頻器控制在選煤廠精煤裝車皮帶運輸機的實踐與應用

宋吉斌

摘要：介紹了變頻器原理及在控制精煤裝車皮帶運輸機的應用

關鍵詞：變頻器；控制；調速；節電；

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

一、概述

選煤廠精煤皮帶運輸機裝車速度的快慢與控制裝車物料對車箱內的沖擊力大小密切相關。如果每節車箱物料在裝滿時，物料裝車速度過快，當物料裝入車箱后，其對車箱的沖擊力量將多增加0.5～1噸左右。因此，控制精煤裝車皮帶運輸機在裝滿車時，減速運行，不僅可以增加裝車物料重量，提升鐵路車輛的實際運輸能力，還由于慢速停車，減小了對減速器內減速齒輪的沖擊力，延長了減速齒輪的使用壽命，節約了配件費用；并且減少了供電電網對電動機的無功負擔，節約了電能；更是提高企業經濟效益的重要手段。

長期以來，精煤皮帶運輸機一直采用異步電動機全速運行裝車。這樣裝車的后果是造成物料對車箱沖擊力量過大所增加的0.5～1噸左右重量也被軌道衡計量為實際裝車重量，當車輛到達用戶處后，再次計量時，每節車輛重量將減少0.5～1噸左右。因此，企業只能按照用戶處計量的重量為準，結果大大降低了鐵路車輛實際運輸效率。

年入洗原煤200萬噸的洗煤企業。每年產精煤80萬噸。為了解決精煤皮帶運輸機裝車時物料 對車箱沖擊力量過大問題，采用羅克韋爾自動化公司的Power Flex 700型三相變頻器，改變異步電動機電源頻率，可以很好地解決了精煤皮帶運輸機裝車時物料對車箱沖擊力量過大的問題，取得了良好的效果。

二、Power Flex 700型三相變頻器基本原理

1、交流調速原理簡介

眾所周知，在異步電動機定子對稱的三相繞組中通過對稱的三相交流電，此時電動機氣隙內會產生一個旋轉磁場，其旋轉速度為同步轉速：n0=60f1/p

式中：f1—定子繞組電源頻率；

P—電動機極對數。

異步電動機轉差率：S=(n0-n)/n0

則異步電動機轉速：n=n0(1-s)=60f1(1-s)/P

由電機學可知，轉差功率：Ps= SPem= Pcu2

式中：Pem—電磁功率;

Pcu2—轉子銅耗。

根據對各種調速方法性能指標的比較，可以得出結論。采用變頻調速方法是各種調速方法中性能指標最好的一種。

2、變頻器的工作原理

變頻器主要任務就是把恒壓恒頻的交流電轉換為變壓變頻的交流電，以滿足交流電動機變頻調速的需要。我們通常使用的變頻器大多數為交—直—交PWM電壓型變頻器。交—直—交變頻器是把頻率不變的工頻交流電通過整流器變成直流電然后再把直流電變換成頻率，電壓均可變的交流電，它的主電路由整流器、中間直流環節（直流母線）和逆變器組成。

⑴整流器

整流器的作用是指把三相交流電整流成直流電。變頻器中整流器絕大多數采用二極管不可控橋式整流電路方案。這種方案在全速范圍內網側功率因數比較高。由于不必設置相應的控制電路，所以控制簡單，成本也較低。

⑵逆變器

逆變器最常見的結構形式是利用六個半導體主開關器件組成三相橋式逆變電路。有規律地控制逆變器中主開關器件的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流電輸出?，F在常用的逆變管為IGBT絕緣柵雙極型晶體管。

⑶中間直流環節

由于逆變器的負載為異步電動機，屬于感性負載。無論 電動機處于電動或發電制動狀態，其功率因數總不會為1.因此，在中間直流環節和電動機之間總會有功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環節的儲能元件（電容器或電抗器）來緩沖。所以中間直流環節又稱為中間直流儲能環節。

三、實現精煤裝車皮帶運輸機調速的方法

1、對精煤裝車皮帶運輸機調速的要求

由于精煤裝車皮帶運輸機輸送物料的多少是不斷變化的，負載是變動式的。因此，要求精煤裝車皮帶運輸機連續地以變速運行。

2、變頻器控制電路

采用變頻調速方案后，其控制電路如圖所示。重點如下：

⑴變頻器的通電

由按鈕SB1、SB2通過接觸器KM而進行控制。

⑵變頻器的運行

由中間繼電器KA1啟動變頻器。

⑶變頻器的調速

由按鈕SB3進行增速控制，由按鈕SB4進行減速控制。

⑷變頻器的復位

由按鈕SB5進行復位控制。

3、變頻器的功能預置

所選變頻器為Power Flex 700系列變頻器，其功能預置如下（與出廠設定相同者不再預置）：

⑴電動機控制文件：

①電動機銘牌滿負載電流：40.1——安培

②電動機銘牌每分鐘轉速：1485——轉數/分鐘

③電動機銘牌功率：37——千瓦

⑵速度命令文件：

①速度基準值A選擇： 9——MOP級別

⑶動態控制文件：

①加速時間1： 20——秒

加速時間2： 20——秒

②減速時間1： 20——秒

減速時間2： 20——秒

⑷輸入輸出文件：

①模擬量輸出2選擇： 0——輸出頻率

②數字量輸入1選擇： 8——正向運行

③數字量輸入2選擇：18——自動/手動

④數字量輸入3選擇：15——速度選擇1～3

⑤數字量輸入4選擇：23——MOP增量

⑥數字量輸入5選擇：24——MOP減量

⑦數字量輸入6選擇： 2——清除故障

四、變頻器控制精煤裝車皮帶運輸機的應用效果

用變頻器控制精煤皮帶運輸機裝車，具有操作簡單，調速方便可靠，裝車速度快。經過近一年的使用，其效果顯著，從根本上解決了精煤皮帶運輸機裝車時物料對車箱沖擊力量過大的老大難問題。具體表現在，裝一節車箱時間平均為4～5分鐘，比原來裝車時間縮短了2～3分鐘，大大提高了生產效率。由于精煤裝車皮帶運輸機調速采用變頻器后，使電動機功率因數由原來的0.62提高到現在的0.98以上，僅此一項每年可以節約電費2萬元以上，同時還改善了整個供電電網的功率因數。

五、結束語

變頻器為企業提供了一種精確控制速度的手段，可有效地控制裝車皮帶運輸機的運行速度。為企業降低能耗，提高生產效率及經濟效益提供了保障。

參考文獻

1、張燕賓編著.電動機變頻調速圖解.北京：中國電力出版社，2003

2、錢曉龍、李曉理主編.循序漸進Power Flex變頻器.北京：機械工業出版社，2007