梁輝 杜洪生 劉坤

摘 要：針對礦用刮板輸送機的驅(qū)動特點，從供電電源、電機設(shè)計到多機驅(qū)動動態(tài)功率平衡三方面介紹了變頻一體機的技術(shù)特點，并分析了3.3kV電壓等級刮板輸送機雙速電機、液力耦合器、軟啟動、變頻器和變頻一體機驅(qū)動的特點。通過對比分析，認為變頻一體機是未來刮板輸送機驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：刮板輸送機；變頻一體機；動態(tài)功率平衡；變頻器

中圖分類號： TD634.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）17-0000-00

1 概述

隨著煤礦裝備技術(shù)的發(fā)展，礦用刮板輸送機的驅(qū)動技術(shù)也經(jīng)歷了雙速電機、軟啟動，液力耦合器，變頻驅(qū)動幾個發(fā)展階段。變頻驅(qū)動技術(shù)是新興技術(shù)，近幾年在煤礦應(yīng)用廣泛。而變頻一體機又是在變頻器的基礎(chǔ)上將變頻器和電機結(jié)合到一體進行一體化設(shè)計，既承襲了變頻驅(qū)動的技術(shù)優(yōu)勢同時又解決了分體式變頻器驅(qū)動電機存在的問題，是未來煤礦變頻驅(qū)動的發(fā)展趨勢。本文從技術(shù)角度全面分析變頻一體機驅(qū)動技術(shù)的特點。

2 變頻一體機的系統(tǒng)組成

2.1一體機電氣組成及工作原理

變頻一體機電氣系統(tǒng)由變頻部分和電動機部分組成。其中變頻部分又分為主回路、主控單元、驅(qū)動單元、顯示單元組成。變頻部分采用電壓源型交-直-交變頻拓撲結(jié)構(gòu)。主回路3300V電源經(jīng)接觸器、電抗器進入6脈沖整流單元，然后通過電力電容濾波穩(wěn)壓，再經(jīng)由IGBT組成的逆變單元將直流電逆變?yōu)轭l率、電壓均可調(diào)的交流電（即VVVF電源），電氣原理如圖1所示。

圖1一體機電氣系統(tǒng)原理圖

2.2工作面系統(tǒng)組成

變頻一體機應(yīng)用于綜放工作面刮板輸送機系統(tǒng)主要有刮板機、減速機、一體機、控制箱、集控臺組成。本文以棗礦集團田陳煤礦7118工作面前后溜2×525kW/3300V一體機應(yīng)用配置來講。前溜刮板機采用高壓一體機驅(qū)動，后溜刮板機采用雙速電機驅(qū)動。工作面長度200米，綜采放頂煤采煤工藝，煤層厚度為1.4米～8.5米，平均厚度4.8米，設(shè)計采高3.2米。系統(tǒng)布置如圖2所示。

圖2綜放工作面刮板輸送機系統(tǒng)布置圖

前溜刮板機一體機供電電源直接采用常規(guī)3300V移動變電站供電，KTC101集控臺給控制箱啟停信號，控制箱通過CAN總線給一體機發(fā)送啟停命令和功率平衡調(diào)節(jié)命令，所有一體機的運行數(shù)據(jù)也通過CAN總線發(fā)送給控制箱集中顯示。后溜雙速電機經(jīng)由組合開關(guān)給電機供電，KTC101集控臺給組合開關(guān)啟動信號，組合開關(guān)控制后溜電機低速啟動，然后自動切換到高速運行。

2.3 變頻一體機的技術(shù)特點

2.3.1 3300V電源供電

變頻一體機直接采用3300V單路電源供電，與井下常規(guī)供電系統(tǒng)用移動變電站兼容。而傳統(tǒng)3300V變頻器供電電源是2×1903V，需要配備特種移動變電站，這是與傳統(tǒng)變頻器的最大區(qū)別，降低了供電復(fù)雜度。變頻一體機對前級供電電源的供電距離無特殊要求，便于實現(xiàn)遠距離供電。傳統(tǒng)3300V變頻器對前級供電電源的供電距離都有要求，最長不能超過200米，限制了遠距離供電場合的應(yīng)用。

2.3.2 變頻與電機一體化設(shè)計

通常電機生產(chǎn)廠家在設(shè)計電機時，不能根據(jù)變頻器的驅(qū)動特點對電機進行有針對性的設(shè)計，變頻器廠家在變頻器設(shè)計時也無法兼顧到所有廠家的電機性能參數(shù)，因此很難保證變頻器與電機的完美匹配。變頻與電機一體化設(shè)計，在電機設(shè)計之初就會充分考慮到變頻的PWM波形對電機絕緣的影響。對電機線圈采用變頻電機專用耐電暈電磁線，浸漬線圈的絕緣漆也采用能耐受電暈腐蝕的高品質(zhì)絕緣漆提高線圈繞組對局部放電的耐受力。

其次，在電機生產(chǎn)時采用真空壓力浸漆（VPI）技術(shù)，減少線圈內(nèi)部產(chǎn)生的氣泡，降低電暈電離空氣后產(chǎn)生的臭氧對絕緣漆的腐蝕[2]。

變頻與電機一體化設(shè)計，變頻逆變輸出到電機的引接線非常短，降低了諧波在輸出電纜上的電壓反射。同時輸出電纜被密封在防爆殼體內(nèi)部，將變頻諧波產(chǎn)生的干擾屏蔽在殼體內(nèi)部，避免了對外界設(shè)備的電磁干擾。

2.3.3 多機驅(qū)動功率平衡

根據(jù)刮板輸送機多機驅(qū)動的特點，變頻一體機主從機控制模式都是轉(zhuǎn)矩控制模式。采用轉(zhuǎn)矩控制最大的優(yōu)勢就是轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快，特別適合于隨機大負載波動的刮板輸送機系統(tǒng)。從機采用PID調(diào)節(jié)跟隨主機轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間小于10ms，保證了主從機間的動態(tài)功率平衡，功率不平衡度小于2%。圖3的曲線是神東補連塔煤礦12520工作面三臺3300V 1200kW一體機的運行曲線圖，三臺一體機的轉(zhuǎn)速和電流曲線幾乎是重合的。

3 變頻一體機與其他幾種驅(qū)動方式的對比

刮板輸送機屬于鏈式輸送系統(tǒng)，用于長運距，大運量場合。在煤礦綜采工作面，受前級皮帶運輸系統(tǒng)，工作面運輸設(shè)備聯(lián)動等諸多因素的影響，使得生產(chǎn)存在隨時停機的不確定性，同時由于片幫、漏頂?shù)炔淮_定因素的存在，使得刮板輸送機對重載啟動要求較高。3.3kW系統(tǒng)刮板輸送機的整機裝機功率一般都在1000kW-4800kW之間，存在著啟動時的機械沖擊和電氣沖擊較大的難題。如何消除機械和電氣沖擊，同時又保證重載啟動是對驅(qū)動設(shè)備的基本要求。以下就簡單對比一下前文所說的幾種驅(qū)動方式的技術(shù)特點，如表1所示。

4 結(jié)語

通過上文的敘述，可以看出變頻一體機在刮板輸送機驅(qū)動系統(tǒng)具有調(diào)速性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大，運行穩(wěn)定可靠，功率平衡度好，免維護等優(yōu)勢。在煤礦輸送機驅(qū)動系統(tǒng)，變頻一體機替代變頻器是一個發(fā)展趨勢。目前3300V變頻一體機已廣泛應(yīng)用于神東集團、兗礦集團、淮南礦業(yè)、晉煤集團、山東能源等多個礦井。3300V/1200kW變頻一體機在神東榆家梁煤礦更是創(chuàng)造了連續(xù)運行6個工作面，過煤量2500萬噸的記錄，而世界最大功率的3300V/1600kW變頻一體機也在上灣煤礦8.8米大采高成功應(yīng)用，這些都印證了變頻一體的強大優(yōu)勢。

參考文獻

[1]青島中加特變頻電機有限公司.YJVFG系列礦用隔爆兼本質(zhì)安全型高壓變頻一體機使用說明書[D].青島：青島中加特變頻電機，2017.

[2]張振偉.礦用隔爆型變頻一體機設(shè)計與分析[D].山東大學(xué)碩士論文，2015.

收稿日期：2018-07-11

作者簡介：梁輝（1983—），男，漢，山東棗莊人，本科，中級工程師，研究方向：機電自動化。