摘 要：带式输送机是煤矿井下和地面生产系统中应用最多的一种连续运输设备，它具有运输能力大，运输距离长，安全可靠等优点。隔爆变频器，通过改变频率和电压来控制交流电动机转速，对胶带运输机等设备进行调速控制，并实现对负载动态调节。现场实践证明，采用隔爆变频器后将大大提高皮带机的安全运转可靠性，降低机械系统损耗，减少日常维护量，节能明显。隔爆变频器以其特有的软启动特性，较高的性价比，已成为井下皮带机拖动的发展方向。但遗憾的是在矿山应用变频调速技术还很不普遍。主要原因是人们对变频器的认识不够，不能正确地应用变频器。
关键词：变频器；煤矿；应用；故障分析
中图分类号：F32 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2012.04.028
文章编号：1672-0407(2012）04-059-02 收稿日期：2012-03-20
1.变频器在皮带机拖动上的应用特点
1.1 优越的软起动、软停止特性
隔爆变频器的起动、停止时间是任意可调的（0-10min），也就是说起动时的加速度和停车时的减速度任意可调，同时为了平稳起动，还可匹配其具备的S型加减速时间，这样可将皮带机起停时产生的冲击减少至最小，这是其他驱动设备难以达到的。
1.2 验带功能
煤矿的生产运输系统多以皮带机为主，运输系统检修维护的主要工作是皮带机的检修维护，低速验带功能是皮带机检修的主要要求，变频调整系统为无极调速的交流传动系统，在空载验带状态下，变频器可调整电机工作在5~100%额定带速范围内的任意带速。
1.3 平稳的重载起动特性
皮带机在运煤过程中任意一刻都可能立即停车再重新起动，必须考虑“重载起动”能力。由于变频器采用无速度传感器矢量控制方式，低频运转可输出1.5~2倍额定转矩，因此最适于“重载起动”。
1.4 功率平衡特性
煤矿井下皮带机系统多为双滚筒驱动或多滚筒驱动，为了保证系统内的同步性能，首先，要求位于机头的各滚筒应同步启停，在某一电机故障时能使系统停机，同时为了保证系统的运输能力，应尽量保证各滚筒之间的功率平衡。通过调整相应两变频器的速度给定来调整两电机之间的速度差，便可以任意增大或减小两驱动电机的电流差值的大小，因此可以通过单独的控制系统控制各电机的电流值，通过调整各电机的速度来使各电机电流值逐步趋于平衡，这便形成了一个动态的功率平衡系统。
1.5自动调速、节电效果明显
对应于煤矿的特殊生产条件，有时，煤的产量是极不均匀的，当然皮带机系统的运煤量也是不均匀的，在负载轻或无负载时，皮带机系统的高速运行对机械传动系统的磨损浪费较为严重，同时电能消耗也较低速运行大的多，但因生产的需要皮带机系统又不能随时停车，采用单独的控制系统对前级运输系统的载荷、本机运输系统的载荷进行分别测量，这样可控制变频器降速或提前升速。对于载荷不均的皮带机系统，可大大节约电能。
1.6 降低胶带张力
由于采用隔爆变频器所产生的良好起动特性，至少可降低起动张力30%，如在初期设计选择胶带强度时可降低一个标号。在实际应用过程中，由于降低了起动冲击，皮带机机械系统的设备损耗也随之降低，尤其托辊及滚筒的寿命成几倍的延长。
1.7具有工频转换功能
为了不影响生产，万一有故障，可以转换到工频旁路工作，检修时间维护变频器。在生产需要长期全速运行时，变频器起动后也可选择切换到工频运行，这样可延长变频器内电解电容寿命。
2. 变频器的故障原因及预防措施
变频器由主回路、电源回路、IPM驱动及保护回路、冷却风扇等几部分组成。其结构多为单元化或模块化形式。由于使用方法不正确或设置环境不合理，将容易造成变频器误操作及发生故障，或者无法满足预期的运行效果。为防患于未然，对故障原因进行分析尤为重要。
2.1主回路电解电容故障分析
主回路主要由三相或单相整流桥、平滑电容器、滤波电容器、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等元件组成。其中许多常见故障是由电解电容引起。电解电容的寿命主要由加在其两端的直流电压和内部温度所决定，在回路设计时已经选定了电容器的型号，所以内部的温度对电解电容器的寿命起决定作用。电解电容器会直接 影响到变频器的使用寿命，一般温度每上升10 ℃，寿命减半。因此一方面在安装时要考虑适当的环境温度，另一方面可以采取措施减少脉动电流。采用改善功率因数的交流或直流电抗器可以减少脉动电流，从而延长电解电容器的寿命。在电容器维护时，通常以比较容易测量的静电容量来判断电解电容器的劣化情况，当静电容量低于额定值的80%，绝缘阻抗在5 MΩ以下时，应考虑更换电解电容器。
2.2主回路过电流跳闸故障分析
变频器在加速、减速或正常运行时出现过电流跳闸。首先应区分是由于负载原因，还是变频器的原因引起的。如果是变频器的故障，可通过历史记录查询在跳闸时的电流，超过了变频器的额定电流或电子热继电器的设定值，而三相电压和电流是平衡的，则应考虑是否有过载或突变，如电机堵转等。在负载惯性较大时，可适当延长加速时间，此过程对变频器本身并无损坏。若跳闸时的电流，在变频器的额定电流或在电子热继电器的设定范围内，可判断是IPM模块或相关部分发生故障。首先可以通过测量变频器的主回路输出端子U、 V、W， 分别与直流侧的P、N端子之间的正反向电阻，来判断IPM模块是否损坏。如模块未损坏，则是驱动电路出了故障。如果减速时IPM模块过流或变频器对地短路 跳闸，一般是逆变器的上半桥的模块或其驱动电路故障；而加速时IPM模块过流，则是下半桥的模块或其驱动电路部分故障，发生这些故障的原因，多是由于外部灰尘进入变频器内部或环境潮湿引起。
2.3 控制回路故障分析
控制回路影响变频器寿命的是电源部分，是平滑电容器和IPM电路板中的缓冲电容器，其原理与前述相同，但这里的电容器中通过的脉动电流，是基本不受主回路负载影响的定值，故其寿命主要由温度和通电时间决定。由于电容器都焊接在电路板上，通过测量静电容量来判断劣化情况比较困难，一般根据电容器环境温度 以及使用时间，来推算是否接近其使用寿命。电源电路板给控制回路、IPM驱动电路和表面操作显示板以及风扇等提供电源，这些电源一般都是从主电路输出的直流电压，通过开关电源再分别整流而得到的。因此，某一路电源短路，除了本路的整流电路受损外，还可能影响其他部分的电源，如由于误操作而使控制电源与公共接地短接，致使电源电路板上开关电源部分损坏，风扇电源的短路导致其他电源断电等。一般通过观察电源电路板就比较容易发现。
3.结束语
变频调速技术以其特有的优越性必将在煤矿胶带运输系统中得到广泛应用。笔者针对变频器的现场常见故障进行了分析并提出了预防措施。希望读者能通过本文了解到变频调速器的特性，为正确使用变频器提供借鉴意义。