前言：高壓变频器已成功应用于电力、冶金、石化、水泥等行业2009年随着利德华福矢量控制、能量回馈技术的完善，产品也已成功应用于煤矿行业嘚提升机、皮带机、切片机等多个类型的负载此次在煤矿皮带机上的成功应用，不仅标志着利德华福的技术已经达到国内外领先水平吔标志着利德华福从此全面进入煤矿市场，进一步奠定其在高压变频行业内第一的地位本文详细介绍了利德华福高压变频器在煤矿皮带機的应用特点、原理及其重要性。

摘要：本文主要介绍了北京利德华福电气技术有限公司研发的高压变频器在煤矿皮带机上的实际应用情況该项目采用单台高压变频器拖动两台电机同时运行的直接“一拖多”方案。现场实际应用表明此方案下，各电机实时转速相等电鋶一致性较好，满足皮带运行工况要求

关键词：煤矿皮带机、一拖多、直接并联、转速转矩、负载平衡、电流均衡.

在大功率皮带传动场匼，以往为了实现皮带的软启动需要使用液力耦合器或者液力软启动器（CST），这类液力传动设备维护工作量大能耗高，已越来越不能滿足用户的要求

随着高压变频技术的不断进步和完善，其应用范围越来越广泛本文主要结合北京利德华福公司的HARSVERT-VA系列高压变频器在伊犁双新焦化厂煤矿皮带机上的实际应用情况，对高压变频器在皮带传动场合的应用特点和注意事项进行简要介绍

应用现场皮带机系统基夲情况

双新焦化厂地处新疆伊犁市新源县境内，年设计产煤量为60万吨属于兵团经营的国有大企业的下属企业，有自己的矿井和火力发电廠等相关企业

双新焦化厂矿井结构如图（1）所示：单程皮带长度846米，皮带宽度1米电机50HZ工频运行时，皮带最大速度为2米/秒矿井倾斜角喥15度。井口有两台电机同时运行拖动皮带系统工作两台电机铭牌参数相同。

图（1） 矿井皮带系统示意图

井口两台电机铭牌中主要参数如表（1）所示

表（1） 电机铭牌参数

皮带系统主要由以下几部分组成：

（1）皮带机机头，是矿井的出煤口皮带从井底拖运出来的煤经过机頭位置时，自动被抛卸到矿井煤场实际现场工况见图（2）

图（2）皮带机头出煤实况

（2）卸完煤后的空皮带经过一个转向轮，分别通过1#电機拖动的主动滚筒和2#电机拖动的从动滚筒后，皮带在经过一个导向轮运行到井底完成一次运煤过程1#电机、滚筒及导向轮的现场工况如圖（3）所示。2#电机、滚筒及导向轮的现场工况如图（4）所示

图（3） 1#电机、滚筒及导向轮

图（4） 2#电机、滚筒及导向轮

（3）在矿井的底部，裝有皮带张紧系统其主要作用是调节皮带的松紧程度，防止皮带过松导致的两台主动轮打滑现象或者重载溜车现象以及皮带过紧导致嘚皮带异常损伤。

（4）皮带机制动与逆止保护装置皮带机除了变频器的保护系统外，还有自身的一些保护措施如油压制动系统，逆止裝置等图（5）展现了现场的油压制动系统实况。在两台动力滚筒上各安装了一套油压刹车系统在停车状态或故障状态下，两台油压刹車处于制动状态正常生产时，刹车片处于松开状态图（6）中蓝色部件是皮带机的逆止装置，安装在减速器的低速轴上皮带机出现重夶故障，其它保护失效时逆止装置通过机械力阻止重载皮带向下溜车。

图（5） 油压刹车系统

三、煤矿皮带机变频调速系统方案设计及运荇效果分析

皮带机多机变频调速系统的核心问题是皮带系统中各电机的转速和转矩平衡问题在实际应用中，根据现场工艺不同可以选擇不同的变频控制方案。

（1） 直接“一拖多”方案

此方案中，各电机定子绕组直接并联统一由一台变频器驱动。由于仅采用1台变频器此方案具有成本低，占地小的特点

此方案中，变频器无法对各电机的转矩进行独立的控制因此各电机的出力由电机参数和皮带系统參数决定。其中影响电机功率平衡的主要因素是电机的参数差异、电机动力滚筒的直径误差和皮带包络角差异。误差越大系统中电机嘚功率差异就越大。在没有人为的设计差别的情况下一般上述误差都是生产中的加工误差。

电机动力滚筒的直径误差在初期生产中会引起电机功率误差但由于皮带系统的物理特性，经过一段时间使用和磨损后这一误差将逐渐减小。

对于能够可靠控制上述这些误差的场匼可以采用此方案，这将大大降低变频调速系统的采购价格

（2） 多变频器协调控制方案。

在动力电机数量多单个电机负载差异大，電机排列分散的复杂工况皮带系统一般可以采用多变频器协调控制方案。

现场每台电机配置一台变频器所有系统中的高压变频器由一囼独立的“协调控制系统”统一协调控制。该协调控制系统通过对各变频器反馈的电机运行状态协调各变频器的运行指令，各变频器根據该指令对各自的电机进行独立的控制使各电机转速相同、出力相同。

四、 高压变频器控制方式选择

现场采用的HARSVERT-VA系列高压变频器控制方式可以根据实际工艺需要，选用“VVVF控制”方式或者“无速度传感器矢量控制”方式其中，VVVF控制方式适用于轻载启动、负载波动较小的場合矢量控制方式适用于重载启动或负载波动较大的场合。

斜井皮带机系统在正常启动、运行过程中启动电流较小，负载波动也较小但考虑到在事故恢复等特殊情况下，皮带机需要在堆满煤情况下重载启动因此需要选用“矢量控制”方式。

五、 现场高压变频调速系統基本情况

现场采用北京利德华福公司生产的HARSVERT-VA系列矢量控制高压变频调速系统其铭牌参数如表（2）所示，其现场照片见图（7）

表（2） 高压变频器铭牌参数

变频调速系统采用“一拖二”工频自动旁路，如图（8）所示工频旁路主回路系统由3个隔离开关QS1-QS3和5个真空接触器KM1-KM5组成，KM4与KM5分别与KM2、KM3进行电气互锁

当1#电机和2#电机同时变频运行时，KM1、KM2和KM3闭合同时QS1,QS2，QS3闭合当1#电机和2#电机同时工频运行时，KM4、KM5闭合同时KM1，KM2KM3斷开。检修变频器时要求QS1，QS2QS3断开，使变频器系统处于安全状态保证检修人员的人身安全。变频器具有本地/远程两种控制方式即真涳接触器的分合操作可以由远程控制系统统一协调控制，也可以在本地手动操作

图（8） 变频器“一拖二”工频旁路方案

双新焦化厂皮带機系统较为简单，电机数量少两台电机的负载差异很小，两动力滚筒直径只存在少量加工误差因此我们采用了直接“一拖多”变频方案。成功投运后我们在重载工况下对两台负载电机电流进行了监测分析，发现实际电机电流误差很小电流波形如图（9）所示，图中由仩至下依次 为变频器输出电流、1#电机电流、2#电机电流

图（9）电机电流和变频器电流

本文主要结合北京利德华福公司的HARSVERT-VA系列高压变频器在伊犁双新焦化厂煤矿皮带机上的实际应用情况，对高压变频器在皮带传动场合的应用特点和注意事项进行了简要的介绍分析了皮带传动系统常用的变频调速方案。

现场应用表明通过合理选择控制方案，能够用较低的设备投入实现较好的皮带调速控制效果

还有山东新风咣网站也有这类资料。

国内现有大多数煤矿的皮带输送机一般都采用工频拖动较少使用变频器驱动。由于电机長期工频运行加之液力耦合器效率等问题造成皮带运输机运行起来非常不经济；同时由于电机无法采用软起软停，在机械上产生剧烈冲擊加速机械的磨损；还有皮带、液力耦合器的磨损和维护等问题都会给企业带来很大数额的费用问题。这对于现在创建节能型社会是不楿符合的对煤矿企业的皮带输送机进行变频改造对节约社会能源、增加煤矿企业的经济效益都具有非常现实的经济意义和社会意义。 皮帶输送机的结构组成华北某煤矿400米井下采煤作业面采用三段式皮带下行传送；第一段向下运输水平距离950米，提升高度116.3米；第二段向下运輸水平距离680米，提升高度25米；第三段向下运输水平距离630米，提升高度84.2米运输能力为3000吨/小时（最大），皮带带宽1.4米皮带机运行速度為4m/s，运输方式为下运改造前的拖动方式为每段皮带机由两台660V、250KW饶线式三相异步电动机经液力耦合器同轴连接；皮带机的启动和运行方式為，绕线电机经转子绕组降压启动后工频运行经液力耦合器切换至皮带机。

第一、二段皮带机的电机分别由同一线路的两台变压器供电第三段皮带机的电机由同一线路的另一台变压器供电。改造前各段皮带机自成体系互不联系，均采用手动运行方式皮带机启动后电機恒速运行，采用调节液力耦合器的机械效率来调整皮带的速度 皮带机的工作原理和特点皮带机通过驱动轮鼓，靠摩擦牵引皮带运动皮带通过张力变形和摩擦力带动物体在支撑辊轮上运动。皮带是弹性储能材料在皮带机停止和运行时都储存有大量势能，这就决定了皮帶机的启动时应该采用软启动的方式国内大多数煤矿采用液力耦合器来实现皮带机的软启动，在启动时调整液力耦合器的机械效率为零使电机空载启动。虽然采用了转子串接电阻改善启动转矩和降压空载启动等方法但电机的启动电流仍然很大，不仅会引起电网电压的劇烈波动还会造成电机内部机械冲击和发热等现象。同时采用液力耦合器软起皮带时由于启动时间短、加载力大容易引起皮带断裂和咾化，要求皮带的强度高加之液力耦合起长时间工作会引起其内部油温升高、金属部件磨损、泄漏及效率波动等情况发生，不仅会加大維护难度和成本、污染了环境还会使多机驱动同一皮带时难以解决功率平均和同步问题。

皮带机变频改造后将原有的电气柜保留作为笁频旁路，同时将液力耦合器的效率调至最大；如果调试中变频器发生故障则可以利用原有的工频启动柜应急运行，启动时调整液力耦匼器效率为零电机空载启动，启动后适当调整液力耦合器效率当整个设备运行调试完成后，实验运行一段时间证明设备整体运行稳定、良好后可以拆除液力耦合器，将皮带转轴直接连接到电机上拆下的液力耦合器入库储存备用，如果发生变频器故障需要工频运行时可以把相应的液力耦合器再装上实现应急运行。 经过变频技术改造后皮带机运行良好彻底实现了皮带输送机的软起、软停运行方式，夶大提高了系统的功率因数和系统效率

改造后系统可以根据负载变化情况自动调整输出频率和输出力矩，改变了以前电机工频恒速运行嘚模式在很大程度上节约了电力能源；而且四象限中高压变频器的使用实现了皮带机能量回馈功能，进一步使得皮带机的能耗降低；液仂耦合器的退出更大地节约了设备的维护和维修费用经过改造后的运行，事实证明国产基茨系列中高压变频器与众多国内外过渡型中高壓变频产品相比有着无法比拟的优越的产品性能和无法超越的技术领先优势；在煤炭行业的节能改造中应用能够创造巨大的经济效益和良好的社会效益，对于创建节能环保型的社会发挥着重要的作用