1、問題的提出
近年來，隨著電力電子技術、計算機技術和電力電子半導體器件的進步和發展，變頻調速技術得到了很大發展，變頻調速以其調速精度高、響應速度快、保護功能完善、過載能力強、節能顯著、使用和維護方便等優點已廣泛應用于煤礦井下運輸領域。目前，鄭煤集團公司大平煤礦21鋼絲繩芯膠帶電機功率為250KWX2屬于大功率負荷，主要承擔著21采掘工作面原煤運輸任務。由于煤礦用大功率鋼絲繩芯膠帶輸送機一般都采用工頻拖動，液力耦合器（粘性軟啟動）傳動，一方面存在傳動效率低、啟動電流大、機械沖擊大、功率無法平衡等問題，造成了系統運行不經濟。另一方面膠帶和液力耦合器（粘性軟啟動）磨損嚴重，維修及維護成本高。三是存在無功環流損耗。
2、技術方案論證與確定
鑒于以上原因，新型變頻器在大傾角膠帶輸送機的應用勢在必行。在鄭煤集團公司的支持下，確定采用BPBT型礦用防爆變頻器，首先在大平煤礦21大傾角開始使用，對大傾角膠帶輸送機采用變頻控制，不但有利于降低企業生產成本，減輕職J：檢修勞動強度，提高企業經濟效益，還符合國家建設節約型社會的主題，具有非常現實的經濟意義和社會意義。
3、關鍵技術及創新點
(1)安裝、維護方便，減少人員投入；減少了啟動開關、粘性軟啟動裝置等設備，降低運行、維護費用，減少故障點。
(2)在原基礎框架基礎上，設計加工所需電機底座及連接裝置等，運行平穩。
(3)通過對電機轉速實現變頻控制，能實現設備運轉速度由低速到高速變化，降低最大啟動電流對電網沖擊。具有節約電能、調速性能好、可靠性高、生產效率高、功率因數高等優點。
(4)速度設定能實現“雙檔四速”，自動實現低速重載起動、重載停車、人工調速，保證皮帶機起動與運行過程中各臺電動機功率平衡及速度同步。
(5)在膠帶服務掘進工作面或運輸任務量較小情況下，能夠實現低速運行，滿足生產需要的同時，最大限度節約電能，并能根據現場檢查需要，方便接頭測試。
(6)配套電控系統具有故障智能對位顯示及語音報警功能，可使維修人員迅速判斷故障點，減輕職工勞動強度。
(7)皮帶機保護功能齊全，保證大功率強力膠帶安全運行。
4、變頻器改造方案及實施
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適應物料：顆粒狀、粉狀
設備類型：輸送機
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適應物料：顆粒狀物料
設備類型：輸送機
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適應物料：顆粒狀物料
設備類型：打包機
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適應物料：顆粒狀
設備類型：輸送機
4.1機械部分
對驅動裝置配置方式進行改造，將粘性軟啟動裝置、液壓泵站及所屬附件拆除，對原基礎底座進行改造，直接將電動機與減速器高速軸相聯接。即“電動機+聯軸器+粘性軟起動裝置+減速器+主滾筒”配置方式改為“電動機+聯軸器+減速器+主滾筒”。
4.2電控部分
拆除原電控部分、控制開關及操作控制臺；來自11變電所18#饋電引1140V電源接整流箱一次：整流箱二次直流電源連接逆變箱一次；二次變換交流電源接電抗器一次側，二次側并接1#、2#電機，即一拖二變頻調速控制，來自11變電所9#饋電引660V電源接電控箱及變頻器風機。
5、變頻器工作原理
變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系：n=60 f（1-5）/p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數）：通過將頻率固定的三相交流電變換成頻率連續可調的三相交流電源，達到控制電機轉速的目的。大平煤礦所選低壓變頻器主要采用交一直一交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環節為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。同時通過濾波電抗器，濾波、防止電流突變以及分頻、阻低頻變高頻，通過變頻器可以自由調節電機的速度。防爆變頻系統原理圖如圖5所示。
6、工作過程
主控臺送上電源后，顯示器上有相應的狀態顯示，且安全條件具備燈亮，按下安全回路啟動按鈕，安全繼電器燈亮，但此時裝置不能運行，處于待機狀態。再按下“運行”按鈕，顯示器上的“變頻”指示燈亮，推桿制動器打開，此時電機建立初始力矩，根據變頻預設的上升速度由低速向預定速度運行。速度操控方面，設置“雙檔四速”即：0. 5m/s、1m/s、1.5m/s、2m/s。
7、維護變頻器應注意的事項
(1)變頻器檢修維護時，應在斷開電源10分鐘后進行維護操作，因為有大量的電容泄露電流，一定要經過停電、檢測瓦斯濃度、驗電、放電、搭接臨時地線步驟方可進行操作。
(2)進行電機或電機電纜校驗前務必把電機電纜從變頻器上拆下。
(3)吊掛電纜時，電機電纜和其他電纜應保持距離。避免電機連接電纜與其它信號電纜平行走線。電力電纜與其它信號電纜應以90度交叉穿越。
(4)每4天對電機相間、對地絕緣遙測一次，局部接地要每月遙測一次并做記錄，防止峰值電壓過高對電機絕緣值的破壞，測量每相電機繞組的絕緣電阻。測量電壓不小于電源電壓，但不得超過1000V，絕緣電阻必須1MQ以上。發現絕緣值下降至1M Q以下及時匯報處置。變頻器與電機的接地電阻盡可能小，國家標準為小于4Q。
(5)每天要全面檢查周圍環境、整體裝置震動、溫度以及電源電壓變動和下降等情況。
8、改造后的效果
21大傾角膠帶機采用BPBT-500/1.2礦用隔爆型變頻調速器驅動后可以達到如下應用效果。
8.1安全保護方面，實現故障智能對位顯示及語音報警功能
變頻器本身具備過壓、過流、欠壓、短路、過載、過熱、缺相等保護功能。同時可與皮帶機綜合保護裝置如煙霧、溫度、打滑、跑偏、煤位、縱向撕裂、急停等對接，并完成各項安全保護性能。與之配套皮帶機電控系統具有故障智能對位顯示及語音報警功能，可幫助維護人員迅速找到故障原因，排除故障，減輕職工勞動強度。
8.2節電效益明顯
目前，單從實際運行參數中可粗略計算出變頻器改造后節能效益如下：
21大傾角膠帶機額定功率2×250KW，額定電壓1140V，改造前實際運行電流110A，電壓1. 2KV，皮帶每天平均運行18h，按每月用電量統計計算，改造前平均每月用電月7萬度。使用變頻器后，實際運行電流50A，電壓1.2KV，月均用電不足3萬度。按平段電價0.694元／度電計算，皮帶滿負荷工作18h，年節約電=360天／年×每天運行小時×額定功率×元／度電，年節電費=360×18×1.2×(110-50)×0.694=32萬元。
另外變頻器改造后還可從提高系統功率因數、提高系統效率、減少壓降損失等方面節省電能，實際節能效益遠遠大于理論計算數值。
(1)提高系統功率因數
由于電網中的電氣設備如電動機，變壓器等屬于既有電感又有電阻的電感性負載。電感性負載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差，相位角的余弦coSQ既是功率因數，它是有功功率與視在功率之比即cosa=P/S。采用變頻器驅動后，在整個過程中功率因數達0.9以上，大大節省了電能。
(2)提高系統效率
采用變頻器驅動之后，電動機與減速器之間是直接剛性連接，中間減少了粘性軟起動裝置這個環節。而粘性軟起動裝置傳動效率是不高的，是通過液體來傳動，由于液體的傳動效率比直接硬聯接的傳動效率要低許多。因而采用變頻器后，系統總的效率要比粘性軟起動裝置驅動效率高8%-12%。
(3)減少壓降損失
由于供電距離較長，受電網供電負荷的影響，不同時段的電壓波動較大，利用變頻器的自動穩壓功能，能及時彌補電壓降的損失，保證設備在額定電壓下運行，從而也保證設備的安全運行。
8.3節省人工費用和維修成本
使用粘性軟起動裝置調速時設備數量多，檢修困難，工人勞動強度較大，每月需要90個工時對其進行檢修和維護；采用變頻后，因為設備數量少，易于檢修，工人勞動強度小，每月只需60個工時就能滿足其檢修和維護的需要。按90元／每工計算，年節省人工費用=年節省工時×90=(90-60)×12×90=32400元。使用粘性軟起動裝置（包括電控）每月檢修每次投入接觸器、電動機保護、齒輪油、濾芯等費用近2000元：采用變頻器后，月檢修費用不足100元；年節省檢修費用2萬多元。
8.4實現膠帶輸送機系統軟啟動及電動機驅動時功率平衡
應用變頻器驅動后，實現了膠帶輸送機的軟啟動，將電動機的軟啟動和膠帶輸送機的軟啟動合二為一，減少了在用設備。通過電動機的慢速啟動，帶動膠帶輸送機緩慢啟動，使膠帶輸送機在啟動過程中張力波極小，對膠帶造成損害小，可以延長膠帶帶體及接頭使用壽命，無形中增加了膠帶服務年限，降低了運營成本。而工頻啟動時，最初啟動電流很大，為電機額定電流的2～3倍(1140V)，對電網沖擊很大。由于是雙機驅動，采用主從控制，能實現電動機驅動時功率平衡。
8.5實現低速重載起動、重載停車、入工調速
使用變頻驅動后，‘能夠自動實現低速重載起動、重載停車、人工調速，保證皮帶機起動與運行過程中各臺電動機功率平衡及速度同步。同時，在膠帶服務掘進工作面或運輸任務量較小情況下，能夠實現“雙檔四速”中低速運行，滿足生產需要的同時，方便職工對接頭測試，極大減輕職工檢查檢修勞動強度，避免了頻繁啟動對電機、機械設備損壞。
9、結論
大平煤礦21大傾角鋼絲繩芯膠帶機在變頻調速改造后，經過近4個月的實際運行，其節電率在30%-60%左右，且控制質量大大提高，實現了軟停和軟啟，低速重載起動、重載停車、消除了電動機在硬啟過程中對電網的沖擊。另外改造后的系統操作簡便，省時省力，降低維護成本，大大提高了鋼絲繩芯膠帶機安全性能，取得了較好的經濟效益和社會效益。
