1 概述

隨著國內(nèi)外現(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)的不斷成熟和提高，變頻器由于調(diào)速范圍寬、精度高，調(diào)速平滑、穩(wěn)定可靠、電機(jī)調(diào)速特性硬，節(jié)能效果顯著等特點(diǎn)，逐漸取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速及液力耦合、液阻和電磁等調(diào)速設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、水泥、礦山等領(lǐng)域。

2 工作環(huán)境和工況

新疆焦煤集團(tuán)礦區(qū)地處山區(qū)，礦區(qū)海拔高度2 000~2 200 m，夏季最高溫度41℃，冬季最低溫度-30℃。礦區(qū)有三個(gè)年產(chǎn)120萬t的井口。新疆焦煤集團(tuán)氣煤斜井采用斜井皮帶運(yùn)輸機(jī)由井下向地面運(yùn)煤，日產(chǎn)煤約3 500 t，皮帶長650 m，皮帶傾斜角19°~24°，皮帶拖動(dòng)電機(jī)功率400 kW，由6 kV雙電源供電，額定電流38.49 A。這些工況要求電機(jī)起動(dòng)控制設(shè)備在高海拔地區(qū)能穩(wěn)定可靠運(yùn)行，同時(shí)要有較強(qiáng)的過載能力，能適應(yīng)較大范圍的電壓波動(dòng)。

皮帶電機(jī)原設(shè)計(jì)為直接起動(dòng)，后來考慮電機(jī)直接起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)和傳動(dòng)機(jī)械設(shè)備沖擊大，且運(yùn)行時(shí)始終處于全速運(yùn)行狀態(tài)，不利于節(jié)能降耗。經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外各種高壓變頻器慎重調(diào)研、比較，最后以招標(biāo)方式選擇了性價(jià)比、產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)等方面占優(yōu)勢(shì)的北京合康億盛科技有限公司的HIVERT 高壓變頻器作為皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制設(shè)備。

3 使用情況

考慮到海拔較高，夏季溫度高等因素，變頻器選型時(shí)留有余量。新疆焦煤集團(tuán)選用合康公司變頻器HIVERT-Y06/061 的額定電壓為6 kV，額定電流為61 A，用來控制400 kW 皮帶電機(jī)。變頻器配有自動(dòng)旁路柜，以便出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)旁路到電網(wǎng)工頻運(yùn)行，保證生產(chǎn)連續(xù)不間斷，旁路運(yùn)行后可方便地切斷變頻器輸入、輸出側(cè)隔離開關(guān)和真空斷路器，使變頻器脫離高壓電源，可方便地進(jìn)行維修。變頻器于2006年4月調(diào)試完畢投入使用至今，沒有發(fā)生故障停機(jī)，運(yùn)行狀態(tài)良好。

變頻器散熱風(fēng)機(jī)散熱情況良好。但由于現(xiàn)場煤灰粉塵較多，需要定期清除散熱裝置上的粉塵，現(xiàn)正在著手解決減少環(huán)境粉塵的措施。由于變頻器采用多重化脈寬調(diào)制技術(shù)，串聯(lián)疊波輸出，所以輸出波形不失真，接近完美的正弦波波形，無諧波污染，不須加濾波裝置。滿足了電力部門對(duì)電網(wǎng)諧波含量的控制要求，對(duì)周邊電氣設(shè)備及附近的皮帶機(jī)綜合保護(hù)裝置沒有干擾。減少了電機(jī)噪音和發(fā)熱，不會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，對(duì)電機(jī)沒有特殊要求。運(yùn)行功率因數(shù)可達(dá)0.95以上，效率達(dá)96%以上。

HIVERT高壓變頻器強(qiáng)大的控制功能、簡便直觀的操作方式、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)以及在新疆焦煤集團(tuán)氣煤井的成功應(yīng)用，受到新疆焦煤集團(tuán)的青睞。

2006年7月2130礦井?dāng)U建時(shí)，焦煤集團(tuán)又選用了一套HIVERT-Y06/077(800 kV·A)高壓變頻器用于2130礦井皮帶機(jī)的控制。氣煤井計(jì)劃擴(kuò)大產(chǎn)量，擬計(jì)劃增大皮帶運(yùn)輸能力，把原有皮帶機(jī)改為雙機(jī)驅(qū)動(dòng)，于2007 年9 月氣煤井再次增加了一套HIVERT -Y06/061變頻器。

4 變頻器工作原理及特點(diǎn)

HIVERT變頻器是交-直-交電壓源型變頻器。

應(yīng)用成熟的低壓變頻技術(shù)，先進(jìn)的單元串聯(lián)疊波結(jié)構(gòu)，空間矢量控制的正弦波PWM調(diào)制方式。每相由5個(gè)功率單元串聯(lián)。高壓6 kV電源直接輸入到隔離變壓器高壓側(cè)，變壓器二次側(cè)經(jīng)過降壓移相后輸出三相690 V電壓，分別給各功率單元供電。功率單元經(jīng)三相全橋整流-直流濾波-單相逆變輸出三個(gè)環(huán)節(jié)，然后每相各單元串聯(lián)，三相Y 接直接輸出高壓6 kV驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。輸入側(cè)相當(dāng)于30脈沖整流，輸出側(cè)相當(dāng)于每相11電平疊波，輸入輸出均接近于正弦波波形，諧波含量非常低。每個(gè)功率單元還設(shè)有單元旁路裝置，以便功率單元故障時(shí)無擾動(dòng)旁路故障單元，確保皮帶機(jī)運(yùn)行的連續(xù)性。

HIVERT高壓變頻器的特點(diǎn)如下。

1)功能強(qiáng)大。HIVERT高壓變頻器采用先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)控制，內(nèi)置PLC。具有完善的保護(hù)功能和自診斷功能，如過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過流保護(hù)、欠壓保護(hù)、器件過熱保護(hù)、瞬時(shí)斷電保護(hù)、電機(jī)負(fù)載過載保護(hù)和過流保護(hù)、限流功能、電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)功能等。還具有參數(shù)設(shè)置，運(yùn)行記錄，故障報(bào)警記錄功能。通訊功能可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)遠(yuǎn)程四遙功能，還能滿足就地和異地遠(yuǎn)程控制。

2)大屏幕液晶顯示，中文菜單操作界面，觸摸屏操作直觀方便。

3)多種頻率給定方式，內(nèi)置數(shù)字PID調(diào)節(jié)功能。

4)AC 220 V控制電源雙回路熱備分。

5 經(jīng)濟(jì)效益

5.1 節(jié)約電能

皮帶機(jī)電機(jī)平均每天運(yùn)行16 h左右，日運(yùn)輸煤3 500 t。原設(shè)計(jì)采用直接起動(dòng)，起動(dòng)后電機(jī)全速運(yùn)行，而井下煤倉下煤量達(dá)不到皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力，故皮帶上煤量不足，這樣很不經(jīng)濟(jì)，浪費(fèi)電能。使用HIVERT高壓變頻器對(duì)拖動(dòng)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速后，皮帶運(yùn)輸機(jī)按實(shí)際需要功率出力，把變頻器輸出頻率設(shè)為39 ~40 Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速比工頻速度適當(dāng)降低，就可以使皮帶運(yùn)行速度與井下煤倉下煤量相匹配，同降低了運(yùn)行電壓和電流，減小電能消耗。據(jù)礦井統(tǒng)計(jì)，變頻調(diào)速運(yùn)行比直接工頻運(yùn)行可節(jié)約電能10%～15%。

5.2 節(jié)省維修費(fèi)用

原設(shè)計(jì)采用對(duì)電機(jī)直接起動(dòng)，不能調(diào)速，起動(dòng)過程對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)械設(shè)備沖擊較大，加劇了機(jī)械設(shè)備的磨損，縮短了設(shè)備使用壽命，同時(shí)也縮短了設(shè)備維修周期，增加了停產(chǎn)檢修次數(shù)。直接起動(dòng)也造成控制設(shè)備如真空接觸器、開關(guān)等的頻繁更換，這都增加了維修費(fèi)用，停產(chǎn)檢修也造成煤炭產(chǎn)量的損失。

而采用HIVERT 高壓變頻器后，可以實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)軟啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備基本無沖擊，大大延長了設(shè)備使用壽命。第一臺(tái)HIVERT高壓變頻器自2006年4 月投運(yùn)至今近兩年，一直穩(wěn)定運(yùn)行，除正常清潔維護(hù)外，沒有發(fā)生停產(chǎn)檢修故障，這無疑既節(jié)約了維修成本又保證生產(chǎn)不受損失。

5.3 有效減少人力資源

采用HIVERT高壓變頻器運(yùn)行穩(wěn)定可靠，除正常清潔維護(hù)，沒有大量的維修工作，故不必配備許多設(shè)備維修人員。HIVERT變頻器操作簡單方便，每班只需1人值班操作即可，節(jié)約了人力資源，相應(yīng)也提高了生產(chǎn)效率。

5.4 占地空間小

由于HIVERT系列高壓變頻器采用交-直-交直接高-高方式，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小。不像高-低-高變頻裝置輸入、輸出端都有變壓器，體積龐大。據(jù)調(diào)研，HIVERT變頻器在國內(nèi)串聯(lián)型高壓變頻器中體積最小，因而HIVERT變頻器占用空間小，可有效利用有限的土地資源。

由以上分析可以看到，新疆焦煤集團(tuán)氣煤井斜井皮帶運(yùn)輸機(jī)使用HIVERT 高壓變頻調(diào)速裝置，具有十分可觀的直接經(jīng)濟(jì)效益和間接的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語

使用北京合康億盛科技有限公司的HIVERT 高壓變頻器，從變頻器產(chǎn)品的選型，產(chǎn)品的定制，產(chǎn)品運(yùn)輸，現(xiàn)場安裝，設(shè)備調(diào)試，人員培訓(xùn)，備品備件的提供，現(xiàn)場及遠(yuǎn)程的技術(shù)支持均得到了全面保障。其在新疆焦煤集團(tuán)氣煤斜井皮帶機(jī)的成功應(yīng)用和優(yōu)良表現(xiàn)，得到了焦煤集團(tuán)的認(rèn)可。