1、问题的提出
近年来，随着电力电子技术、计算机技术和电力电子半导体器件的进步和发展，变频调速技术得到了很大发展，变频调速以其调速精度高、响应速度快、保护功能完善、过载能力强、节能显著、使用和维护方便等优点已广泛应用于煤矿井下运输领域。目前，郑煤集团公司大平煤矿21钢丝绳芯胶带电机功率为250KWX2属于大功率负荷，主要承担着21采掘工作面原煤运输任务。由于煤矿用大功率钢丝绳芯胶带输送机一般都采用工频拖动，液力耦合器（粘性软启动）传动，一方面存在传动效率低、启动电流大、机械冲击大、功率无法平衡等问题，造成了系统运行不经济。另一方面胶带和液力耦合器（粘性软启动）磨损严重，维修及维护成本高。三是存在无功环流损耗。
2、技术方案论证与确定
鉴于以上原因，新型变频器在大倾角胶带输送机的应用势在必行。在郑煤集团公司的支持下，确定采用BPBT型矿用防爆变频器，首先在大平煤矿21大倾角开始使用，对大倾角胶带输送机采用变频控制，不但有利于降低企业生产成本，减轻职J：检修劳动强度，提高企业经济效益，还符合国家建设节约型社会的主题，具有非常现实的经济意义和社会意义。
3、关键技术及创新点
(1)安装、维护方便，减少人员投入；减少了启动开关、粘性软启动装置等设备，降低运行、维护费用，减少故障点。
(2)在原基础框架基础上，设计加工所需电机底座及连接装置等，运行平稳。
(3)通过对电机转速实现变频控制，能实现设备运转速度由低速到高速变化，降低最大启动电流对电网冲击。具有节约电能、调速性能好、可靠性高、生产效率高、功率因数高等优点。
(4)速度设定能实现“双档四速”，自动实现低速重载起动、重载停车、人工调速，保证皮带机起动与运行过程中各台电动机功率平衡及速度同步。
(5)在胶带服务掘进工作面或运输任务量较小情况下，能够实现低速运行，满足生产需要的同时，最大限度节约电能，并能根据现场检查需要，方便接头测试。
(6)配套电控系统具有故障智能对位显示及语音报警功能，可使维修人员迅速判断故障点，减轻职工劳动强度。
(7)皮带机保护功能齐全，保证大功率强力胶带安全运行。
4、变频器改造方案及实施
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适应物料：颗粒状、粉状
设备类型：输送机
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适应物料：颗粒状物料
设备类型：输送机
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适应物料：颗粒状物料
设备类型：打包机
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适应物料：颗粒状
设备类型：输送机
4.1机械部分
对驱动装置配置方式进行改造，将粘性软启动装置、液压泵站及所属附件拆除，对原基础底座进行改造，直接将电动机与减速器高速轴相联接。即“电动机+联轴器+粘性软起动装置+减速器+主滚筒”配置方式改为“电动机+联轴器+减速器+主滚筒”。
4.2电控部分
拆除原电控部分、控制开关及操作控制台；来自11变电所18#馈电引1140V电源接整流箱一次：整流箱二次直流电源连接逆变箱一次；二次变换交流电源接电抗器一次侧，二次侧并接1#、2#电机，即一拖二变频调速控制，来自11变电所9#馈电引660V电源接电控箱及变频器风机。
5、变频器工作原理
变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60 f（1-5）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）：通过将频率固定的三相交流电变换成频率连续可调的三相交流电源，达到控制电机转速的目的。大平煤矿所选低压变频器主要采用交一直一交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。同时通过滤波电抗器，滤波、防止电流突变以及分频、阻低频变高频，通过变频器可以自由调节电机的速度。防爆变频系统原理图如图5所示。
6、工作过程
主控台送上电源后，显示器上有相应的状态显示，且安全条件具备灯亮，按下安全回路启动按钮，安全继电器灯亮，但此时装置不能运行，处于待机状态。再按下“运行”按钮，显示器上的“变频”指示灯亮，推杆制动器打开，此时电机建立初始力矩，根据变频预设的上升速度由低速向预定速度运行。速度操控方面，设置“双档四速”即：0. 5m/s、1m/s、1.5m/s、2m/s。
7、维护变频器应注意的事项
(1)变频器检修维护时，应在断开电源10分钟后进行维护操作，因为有大量的电容泄露电流，一定要经过停电、检测瓦斯浓度、验电、放电、搭接临时地线步骤方可进行操作。
(2)进行电机或电机电缆校验前务必把电机电缆从变频器上拆下。
(3)吊挂电缆时，电机电缆和其他电缆应保持距离。避免电机连接电缆与其它信号电缆平行走线。电力电缆与其它信号电缆应以90度交叉穿越。
(4)每4天对电机相间、对地绝缘遥测一次，局部接地要每月遥测一次并做记录，防止峰值电压过高对电机绝缘值的破坏，测量每相电机绕组的绝缘电阻。测量电压不小于电源电压，但不得超过1000V，绝缘电阻必须1MQ以上。发现绝缘值下降至1M Q以下及时汇报处置。变频器与电机的接地电阻尽可能小，国家标准为小于4Q。
(5)每天要全面检查周围环境、整体装置震动、温度以及电源电压变动和下降等情况。
8、改造后的效果
21大倾角胶带机采用BPBT-500/1.2矿用隔爆型变频调速器驱动后可以达到如下应用效果。
8.1安全保护方面，实现故障智能对位显示及语音报警功能
变频器本身具备过压、过流、欠压、短路、过载、过热、缺相等保护功能。同时可与皮带机综合保护装置如烟雾、温度、打滑、跑偏、煤位、纵向撕裂、急停等对接，并完成各项安全保护性能。与之配套皮带机电控系统具有故障智能对位显示及语音报警功能，可帮助维护人员迅速找到故障原因，排除故障，减轻职工劳动强度。
8.2节电效益明显
目前，单从实际运行参数中可粗略计算出变频器改造后节能效益如下：
21大倾角胶带机额定功率2×250KW，额定电压1140V，改造前实际运行电流110A，电压1. 2KV，皮带每天平均运行18h，按每月用电量统计计算，改造前平均每月用电月7万度。使用变频器后，实际运行电流50A，电压1.2KV，月均用电不足3万度。按平段电价0.694元／度电计算，皮带满负荷工作18h，年节约电=360天／年×每天运行小时×额定功率×元／度电，年节电费=360×18×1.2×(110-50)×0.694=32万元。
另外变频器改造后还可从提高系统功率因数、提高系统效率、减少压降损失等方面节省电能，实际节能效益远远大于理论计算数值。
(1)提高系统功率因数
由于电网中的电气设备如电动机，变压器等属于既有电感又有电阻的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，相位角的余弦coSQ既是功率因数，它是有功功率与视在功率之比即cosa=P/S。采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.9以上，大大节省了电能。
(2)提高系统效率
采用变频器驱动之后，电动机与减速器之间是直接刚性连接，中间减少了粘性软起动装置这个环节。而粘性软起动装置传动效率是不高的，是通过液体来传动，由于液体的传动效率比直接硬联接的传动效率要低许多。因而采用变频器后，系统总的效率要比粘性软起动装置驱动效率高8%-12%。
(3)减少压降损失
由于供电距离较长，受电网供电负荷的影响，不同时段的电压波动较大，利用变频器的自动稳压功能，能及时弥补电压降的损失，保证设备在额定电压下运行，从而也保证设备的安全运行。
8.3节省人工费用和维修成本
使用粘性软起动装置调速时设备数量多，检修困难，工人劳动强度较大，每月需要90个工时对其进行检修和维护；采用变频后，因为设备数量少，易于检修，工人劳动强度小，每月只需60个工时就能满足其检修和维护的需要。按90元／每工计算，年节省人工费用=年节省工时×90=(90-60)×12×90=32400元。使用粘性软起动装置（包括电控）每月检修每次投入接触器、电动机保护、齿轮油、滤芯等费用近2000元：采用变频器后，月检修费用不足100元；年节省检修费用2万多元。
8.4实现胶带输送机系统软启动及电动机驱动时功率平衡
应用变频器驱动后，实现了胶带输送机的软启动，将电动机的软启动和胶带输送机的软启动合二为一，减少了在用设备。通过电动机的慢速启动，带动胶带输送机缓慢启动，使胶带输送机在启动过程中张力波极小，对胶带造成损害小，可以延长胶带带体及接头使用寿命，无形中增加了胶带服务年限，降低了运营成本。而工频启动时，最初启动电流很大，为电机额定电流的2～3倍(1140V)，对电网冲击很大。由于是双机驱动，采用主从控制，能实现电动机驱动时功率平衡。
8.5实现低速重载起动、重载停车、入工调速
使用变频驱动后，‘能够自动实现低速重载起动、重载停车、人工调速，保证皮带机起动与运行过程中各台电动机功率平衡及速度同步。同时，在胶带服务掘进工作面或运输任务量较小情况下，能够实现“双档四速”中低速运行，满足生产需要的同时，方便职工对接头测试，极大减轻职工检查检修劳动强度，避免了频繁启动对电机、机械设备损坏。
9、结论
大平煤矿21大倾角钢丝绳芯胶带机在变频调速改造后，经过近4个月的实际运行，其节电率在30%-60%左右，且控制质量大大提高，实现了软停和软启，低速重载起动、重载停车、消除了电动机在硬启过程中对电网的冲击。另外改造后的系统操作简便，省时省力，降低维护成本，大大提高了钢丝绳芯胶带机安全性能，取得了较好的经济效益和社会效益。
