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[摘 要]随着电子学、通讯技术和控制技术的飞速发展，交流变频传动系统在四象限运行、高稳速精度、快速响应等性能已经可以与直流调速相媲美。目前，变频器已达到了多功能、高性能、廉价化和小型化的阶段，变频器现已广泛应用于锅炉鼓引风机、煤矿提升机等方面，但其在胶带运输机中的应用刚刚起步。因为电机长期工频运行再加上液力耦合器效率，造成皮带运输机运行不经济；同时由于电机缺乏软起动和软停车，会引起机械上的剧烈冲击，加快了机械的磨损；还有液力耦合器、皮带的磨损和修护等会给企业造成大数额的保养维护支出，大大增加了企业运营成本。因此，改造煤矿企业的皮带输送机对节约社会能源、提高企业经济效益具有深远影响。
[关键词]变频器；胶带运输机；应用研究
中图分类号：TD634.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）47-0088-01
随着科技和经济的飞速发展，我国煤矿企业也不断发展，煤矿产业相关技术也不断进步。如今变频器已广泛应用于煤矿企业的皮带运输，改变了传统皮带运输机的种种弊端，在节省企业运营成本的同时节约资源、保护环境。
一、皮带运输机的工作原理
皮带运输机是由电机来驱动滚筒，靠滚筒和皮带间的摩擦力来牵引皮带，然后皮带在支撑辊轮上通过张力变形运动。皮带带有弹性，在静止或运行时内部可以储存大量能量，皮带机启动时，如果不设置软起动装置，很快皮带内储存的能量就会消耗释放殆尽，并在皮带上形成张力波然后沿着皮带迅速地传输出去，而过大的张力波很容易把皮带撕断。因此，必须在带式输送机上加设软起动装置。
二、变频调速系统
变频调速系统主要由模拟输入输出、变频主电路、运行指示、数控系统等组成，其核心装置是变频主电路。主电路包括直流、整流及逆变环节，来实现交流―直流―交流的转换。整流部分主要靠6个二极管的单相导通性能把三相交流电源RST变为直流电；而直流部分则配合使用电容与分压电阻，电容的作用主要是滤波及储能，并维持直流电压的稳定性，而使用分压电阻则可以避免各电容由工作性能的差异而产生的较大压降击穿电容，可以在电路中加上电阻来分压，以确保电容压降相一致；逆变部分主要由低功耗IGBT模块、6个高速开关及以二极管组成，二者配合使用可以将直流电压UD转换为三相交流电。
三、变频改造的必要性
皮带机的起动问题虽然可以通过采用液力偶合器解决，但仍有明显缺点：（1）只可以在空载时起动，而且起动电流大。采用液力偶合器的话，必须先让电机空载起动。起动电流一般为电机额定电流的5到7倍。很大的起动电流会在起动时产生冲击，会在起动瞬间使电网电压下降，并对电网内其它用电设备产生影响，另外，还会引起电机内部热应力和机械应力发生变化，严重磨损甚至损坏机械部分。（2）液力偶合器长时间工作时会引起液体温度升高，而熔化合金塞，从而引起漏液，进一步增大维护的工作量，污染环境。（3）皮带运输机系统由两台电机驱动，两台电机间存在功率不平衡的问题，重载时更加明显，严重影响了皮带运输机的运量。（4）原系统不能调速，在皮带检修时，皮带速度快，加大了工人检修的难度。
四、变频改造后的运行效果及分析
1.实现了皮带运输机系统的软起动
运用变频器驱动皮带运输机，用变频器的软起动功能把皮带机的软起动和电机的软起动合二为一，通过慢速起动电机，带动皮带机缓慢起动，并缓慢释放皮带内部贮存的能量，减少对皮带的损坏。
2.应用变频器对皮带机驱动来实现皮带机多电机驱动时功率平衡，应用主从控制，实现功率平衡。
3.皮带检修采用变频调速以后，可以极大地降低皮带机运行速度，解决了以前因皮带机运行速度过快造成的难于检修皮带的问题，提高了皮带的检修效率，缩短了检修时间。
4.提高运输能力
改造前，很难提高皮带的运行速度，因为皮带速度越高，减速机的减速比就要越小，电机的功率就越大，起动时就会对电气及机械系统造成极大的冲击，相对损害也越大，采用变频起动之后，因为是软起动，速度是从零开始逐渐增加，所以即使提高了皮带的运行速度，也不会增加机械方面及电气的起动冲击能量，经改造后，减速机的传动比由55.49变为45，電机功率也从220KW改为280KW，皮带运行速度由2米/秒提高到2.5米/秒，皮带机的运行速度提升了25%，提升能力由188吨/小时变为230吨/小时，极大地提高了运输能力。
5.节约能源，一般情况下，煤矿用电机设计选型时都会留有较大的裕量，绝大部分不能在工作时满载运行。由电机设计和运行特性可以知道，电机只有在接近满载时效率最高、功率因数最佳，轻载时则会降低，产生不必要的电能损失。因为轻载时，定子电流有功分量很小，主要是励磁的无功分量，所以功率因数很低。采用变频器驱动以后，整个过程中功率因数可达0.9以上，这就大大减少了无功功率，而且减速器与电机之间是直接硬连接，中间少了液力偶合器环节。
五、变频器工作时需要注意的问题及解决方案
1，变频器主电源接线端子部分或上电跳闸出现火花。断开电源线，检查其输入端子和中间电路直流侧端子P、N是否短路。原因可能是中间电路短路或整流器损坏。
2，上电未显示断开电源线，检查电源是否断路或缺相，若电源正常就再次上电后检查变频器中间电路直流侧端子P、N是否有电压，若上述正常则判断变频器内部开关电源损坏。
3，开机运行无输出。则断开输出电机线，重新开机后再观察变频器面板显示的输入频率，并测量交流输出端子。原因可能是电动机没有正确链接到变频器或逆变部分损坏、也可能是运行端子接线错误或变频器启动参数设置。
4，运行时“过电压”保护，变频器停止输出。检查电网电压，或者是由电机负载惯性太大且加减速时间过短而造成的制动问题，
5，运行时“过电流”保护，变频器停止输出。电机堵转或负载过大。可检查负载情况或者调整变频器的参数。如无效则是逆变器部分出现损坏或老化。
6，运行时“过热”保护，变频器停止输出。视各品牌型号变频器的配置不同，可能是因为环境温度过高超过了变频器的允许限额，检查电动机过热导致保护关闭或是散热风扇是否运转。
7，运行时“接地”保护，变频器停止输出。参考操作手册，检查变频器和电机接地是否可靠，或测量电机绝缘度是否正常。
8，制动问题（过电压保护）。若电机负载过大并需在短时间内停车，则需购买带有制动单元的变频器并且配置相当功率的制动电阻。如果配置了制动功能，则可能是制动单元检测失效或制动电阻损坏。
10，变频器部件损坏。变频器内部部件故障时，很有可能是其整流模块、逆变模块损坏，整流模块的判断比较容易，排除内部短路后，更换整流桥。逆变模块损坏通常是由外部和自身质量及寿命引起，在修复驱动电路之后，测驱动波形处于良好状态下，更换模块。
参考文献
[1] 王毅颖.煤矿电网多谐波源分散抑制和APFs接入点优化研究[D].中国矿业大学（北京），2017.
[2] 王晓伟.基于模型驱动的带式输送机变频调速控制系统[D].山西大学，2015.
[3] 刘大阳.长距离大功率带式输送机的电控设计[D].大连理工大学，2014.
[4] 周小丹.矿用中压变频器设计开发及应用研究[D].上海交通大学，2009.
[关键词]变频器；胶带运输机；应用研究
中图分类号：TD634.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）47-0088-01
随着科技和经济的飞速发展，我国煤矿企业也不断发展，煤矿产业相关技术也不断进步。如今变频器已广泛应用于煤矿企业的皮带运输，改变了传统皮带运输机的种种弊端，在节省企业运营成本的同时节约资源、保护环境。
一、皮带运输机的工作原理
皮带运输机是由电机来驱动滚筒，靠滚筒和皮带间的摩擦力来牵引皮带，然后皮带在支撑辊轮上通过张力变形运动。皮带带有弹性，在静止或运行时内部可以储存大量能量，皮带机启动时，如果不设置软起动装置，很快皮带内储存的能量就会消耗释放殆尽，并在皮带上形成张力波然后沿着皮带迅速地传输出去，而过大的张力波很容易把皮带撕断。因此，必须在带式输送机上加设软起动装置。
二、变频调速系统
变频调速系统主要由模拟输入输出、变频主电路、运行指示、数控系统等组成，其核心装置是变频主电路。主电路包括直流、整流及逆变环节，来实现交流―直流―交流的转换。整流部分主要靠6个二极管的单相导通性能把三相交流电源RST变为直流电；而直流部分则配合使用电容与分压电阻，电容的作用主要是滤波及储能，并维持直流电压的稳定性，而使用分压电阻则可以避免各电容由工作性能的差异而产生的较大压降击穿电容，可以在电路中加上电阻来分压，以确保电容压降相一致；逆变部分主要由低功耗IGBT模块、6个高速开关及以二极管组成，二者配合使用可以将直流电压UD转换为三相交流电。
三、变频改造的必要性
皮带机的起动问题虽然可以通过采用液力偶合器解决，但仍有明显缺点：（1）只可以在空载时起动，而且起动电流大。采用液力偶合器的话，必须先让电机空载起动。起动电流一般为电机额定电流的5到7倍。很大的起动电流会在起动时产生冲击，会在起动瞬间使电网电压下降，并对电网内其它用电设备产生影响，另外，还会引起电机内部热应力和机械应力发生变化，严重磨损甚至损坏机械部分。（2）液力偶合器长时间工作时会引起液体温度升高，而熔化合金塞，从而引起漏液，进一步增大维护的工作量，污染环境。（3）皮带运输机系统由两台电机驱动，两台电机间存在功率不平衡的问题，重载时更加明显，严重影响了皮带运输机的运量。（4）原系统不能调速，在皮带检修时，皮带速度快，加大了工人检修的难度。
四、变频改造后的运行效果及分析
1.实现了皮带运输机系统的软起动
运用变频器驱动皮带运输机，用变频器的软起动功能把皮带机的软起动和电机的软起动合二为一，通过慢速起动电机，带动皮带机缓慢起动，并缓慢释放皮带内部贮存的能量，减少对皮带的损坏。
2.应用变频器对皮带机驱动来实现皮带机多电机驱动时功率平衡，应用主从控制，实现功率平衡。
3.皮带检修采用变频调速以后，可以极大地降低皮带机运行速度，解决了以前因皮带机运行速度过快造成的难于检修皮带的问题，提高了皮带的检修效率，缩短了检修时间。
4.提高运输能力
改造前，很难提高皮带的运行速度，因为皮带速度越高，减速机的减速比就要越小，电机的功率就越大，起动时就会对电气及机械系统造成极大的冲击，相对损害也越大，采用变频起动之后，因为是软起动，速度是从零开始逐渐增加，所以即使提高了皮带的运行速度，也不会增加机械方面及电气的起动冲击能量，经改造后，减速机的传动比由55.49变为45，電机功率也从220KW改为280KW，皮带运行速度由2米/秒提高到2.5米/秒，皮带机的运行速度提升了25%，提升能力由188吨/小时变为230吨/小时，极大地提高了运输能力。
5.节约能源，一般情况下，煤矿用电机设计选型时都会留有较大的裕量，绝大部分不能在工作时满载运行。由电机设计和运行特性可以知道，电机只有在接近满载时效率最高、功率因数最佳，轻载时则会降低，产生不必要的电能损失。因为轻载时，定子电流有功分量很小，主要是励磁的无功分量，所以功率因数很低。采用变频器驱动以后，整个过程中功率因数可达0.9以上，这就大大减少了无功功率，而且减速器与电机之间是直接硬连接，中间少了液力偶合器环节。
五、变频器工作时需要注意的问题及解决方案
1，变频器主电源接线端子部分或上电跳闸出现火花。断开电源线，检查其输入端子和中间电路直流侧端子P、N是否短路。原因可能是中间电路短路或整流器损坏。
2，上电未显示断开电源线，检查电源是否断路或缺相，若电源正常就再次上电后检查变频器中间电路直流侧端子P、N是否有电压，若上述正常则判断变频器内部开关电源损坏。
3，开机运行无输出。则断开输出电机线，重新开机后再观察变频器面板显示的输入频率，并测量交流输出端子。原因可能是电动机没有正确链接到变频器或逆变部分损坏、也可能是运行端子接线错误或变频器启动参数设置。
4，运行时“过电压”保护，变频器停止输出。检查电网电压，或者是由电机负载惯性太大且加减速时间过短而造成的制动问题，
5，运行时“过电流”保护，变频器停止输出。电机堵转或负载过大。可检查负载情况或者调整变频器的参数。如无效则是逆变器部分出现损坏或老化。
6，运行时“过热”保护，变频器停止输出。视各品牌型号变频器的配置不同，可能是因为环境温度过高超过了变频器的允许限额，检查电动机过热导致保护关闭或是散热风扇是否运转。
7，运行时“接地”保护，变频器停止输出。参考操作手册，检查变频器和电机接地是否可靠，或测量电机绝缘度是否正常。
8，制动问题（过电压保护）。若电机负载过大并需在短时间内停车，则需购买带有制动单元的变频器并且配置相当功率的制动电阻。如果配置了制动功能，则可能是制动单元检测失效或制动电阻损坏。
10，变频器部件损坏。变频器内部部件故障时，很有可能是其整流模块、逆变模块损坏，整流模块的判断比较容易，排除内部短路后，更换整流桥。逆变模块损坏通常是由外部和自身质量及寿命引起，在修复驱动电路之后，测驱动波形处于良好状态下，更换模块。
参考文献
[1] 王毅颖.煤矿电网多谐波源分散抑制和APFs接入点优化研究[D].中国矿业大学（北京），2017.
[2] 王晓伟.基于模型驱动的带式输送机变频调速控制系统[D].山西大学，2015.
[3] 刘大阳.长距离大功率带式输送机的电控设计[D].大连理工大学，2014.
[4] 周小丹.矿用中压变频器设计开发及应用研究[D].上海交通大学，2009.