青岛天信变频器快速选型手册设计院.docx
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青岛天信变频器快速选型手册设计院
一、矿用隔爆兼本质安全型变频器
（一）用途
青岛天信电气有限公司生产的矿用隔爆兼本质安全型变频器（以下简称变频器）适用于含有爆炸性气体环境的煤矿井下，作为刮板输送机、胶带输送机、乳化液泵站、绞车、风机等类似场合的三相交流异步电动机调速控制用。
该产品具有启动转矩大、启停平稳等特点，能实现交流电机在各种负载情况下的平滑启动、调速、停车等功能，彻底消除机械及电气冲击，延长设备使用寿命。
使用多台变频器拖动同一带式负载时，各变频器之间自动调节，实现多台之间的动态功率平衡。
（二）型号含义
1）矿用隔爆兼本质安全型交流变频器系列
BPJ1–□/□K
带回馈（四象限）
额定电压（V）
额定功率（kW）
设计序号
隔爆兼本质安全型
变频器
2）矿用隔爆兼本质安全型组合变频器系列
BPJ–□×□/□
额定电压（V）
单回路额定功率（kW）
输出回路数
隔爆兼本质安全型
变频器
3）矿用隔爆兼本质安全型组合变频器起动器系列
BPQJ–（□、□）/□-□
回路数
额定电压（V）
工频总电流（A）
变频功率（kW）
隔爆兼本质安全型
起动器
变频器
（三）使用环境条件
a）海拔高度不超过2000m；
b）周围环境温度应在0℃～+40℃范围内；
c）空气相对湿度不大于95%（+25℃）；
d）具有甲烷和煤尘等爆炸性气体混合物的煤矿井下；
e）无蒸汽或破坏金属和绝缘材料的腐蚀性气体的场所；
f）无显着摇动和剧烈冲击振动的环境；
g）无滴水的场所。
（四）主要技术参数
矿用隔爆兼本质安全型交流变频器系列
型号
额定
功率
kW
额定输入电压
V
输入电流
A
相数
输出电流
A
输出频率范围Hz
供电方式
冷却方式
外形尺寸
长×宽×高（mm）
重量
kg
主要用途
胶带输送机
刮板输送机
乳化液泵站
绞车
局部通风机
给煤机
BPJ1-45/660
45
660
48
3
0～48
0～300
6脉
（1）
水冷或热管
1164×763×915
680
√
√
√
√
BPJ1-75/660
75
660
78
3
0～78
0～300
6脉
水冷或热管
1164×763×915
680
√
√
√
√
BPJ1-90/660
90
660
92
3
0～92
0～300
6脉
水冷或热管
1164×763×915
680
√
√
√
√
BPJ-400/660
400
660
415
3
0～415
0～300
6脉
水冷
2150×1150×1120
3000
√
√
BPJ-500/660
500
660
516
3
0～516
0～300
6脉
水冷
2150×1150×1120
3000
√
√
BPJ-315/1140
315
1140
186
3
0～186
0～300
6脉
水冷
1420×1040×1030
1800
√
√
√
BPJ-400/1140
400
1140
250
3
0～250
0～300
6脉
水冷
2150×1150×1120
3500
√
√
√
BPJ-500/1140
500
1140
310
3
0～310
0～300
6脉
水冷
2150×1150×1120
3500
√
√
√
BPJ-500/1140K
500
1140
315
3
0～315
0～300
6脉
水冷
2150×1150×1120
3500
√
√
√
BPJ-630/1140K
630
1140
372
3
0～372
0～300
6脉
水冷
2150×1150×1120
3500
√
√
√
BPJ1-630/1140
630
1140
372
3
0～372
0～300
6脉
水冷
2150×1150×1120
3500
√
√
BPJ-700/1140
700
1140
2×217
3
0～434
0～300
12脉
（2）
水冷
2150×1150×1120
3500
√
√
BPJ1-800/1140
800
1140
2×245
3
0～490
0～300
12脉
水冷
2610×1115×1100
4700
√
√
BPJ-1000/1140
1000
1140
2×310
3
0～620
0～300
12脉
水冷
2150×1150×1120
3500
√
√
BPJ1-1000/1140
1000
1140
2×310
3
0～620
0～300
12脉
水冷
2610×1115×1100
4700
√
√
BPJ1-1250/1140
1250
1140
2×370
3
0～740
0～300
12脉
水冷
2610×1115×1100
4700
√
√
矿用隔爆兼本质安全型组合变频器系列
BPJ-2×250/1140
2×250
1140
315
3
2×（0～315
0～300
6脉
水冷
2150×1150×1120
3000
√
√
√
BPJ-2×315/1140
2×315
1140
372
3
2×（0～372）
0～300
6脉
水冷
2150×1150×1120
3000
√
√
√
矿用隔爆兼本质安全型组合变频起动器系列
BPQJ-（400、500）/1140-3
变频
400
1140
250
3
0～250
0～300
6脉
水冷
2610×1115×1100
4900
√
√
工频
500A
1140
500
3
每路300A
50
BPQJ-（500、500）/1140-3
变频
500
1140
310
3
0～310
0～300
6脉
水冷
2610×1115×1100
4900
√
√
工频
500A
1140
500
3
每路300A
50
注
（1）：
由一个输出绕组的3相移动变电站供电
注
（2）：
由二个输出绕组的3相移动变电站供电，两路之间存在30度的相位差（一路Y接，一路△接）或两个Y接和△接的3相移动变电站供电
（五）结构
为检修方便，变频器内部采用模块化，各模块单元间控制连线采用快速接插方式。
说明
A
前门布局
1.高压电源显示模块
2.显示模块
3.矩阵键盘
标牌
5.铭牌
（ib）I标识牌
7.断电二十分钟后开盖警示牌
B
室内布局
8.隔离开关
9.接触器支架模块
10.断路器
11.电源箱
12.主控器
13.工具箱
C
输入接线室
输入接线端子R,S,T
D
控制接线室
接线端子
接线端子
接线端子
E
输出接线室
输出接线端子U,V,W
23.电机温保接线端子X3
1140V（660V）电压等级、315kW小功率变频器结构
图1315kW变频器结构图
说明
A
左室
标牌
（ib）I标牌
3.断电二十分钟后开盖警示牌
模块
5.绝缘监测模块
6.层叠母线排
7.电容器
8.变压器
B
右室
指示窗
10.显示屏
11.矩阵键盘
12.急停按钮
13.键盘插孔
14.铭牌
15.主控器
16.电源箱
17.断路器
18.隔离开关
19.工具箱
C
电源接线室
20-25.输入R1/S1T1/R2/S2/T2
接线端子
D
控制接线室
接线端子
接线端子
接线端子
E
负荷接线室
30-35.输出U1/V1/W1/U2/V2/W2
接线端子
1140V（660V）电压等级、400kW-1250kW变频器结构
图2400kW-1250kW变频器结构图
变频器电气系统
变频器电气系统主要由主回路、主控器、光纤分配单元、逆变单元、电源箱、显示屏、风扇及外围电路组成。
6脉供电变频器电气系统图见图1，12脉供电变频器电气系统图见图2。
图36脉供电变频器系统图
图412脉供电变频器系统图
（六）变频器供电
变频器可以直接由移动变电站供电，供电图如下：
图56脉供电图
图612脉供电图
（七）变频器冷却
变频器在运行过程中将产生热量，系统设计中必须有可靠的散热措施，使变频器温度始终保持在预设温度范围以内，变频器采用水冷进行散热，水冷散热有两种方式：
直供水和闭环冷却系统。
1）直供水直接由供水管路经过滤器和电动阀向变频器提供冷却水；
图7直供水系统图
2）由循环水泵、水箱等构成闭环冷却系统，水箱内具备水箱水温监控并根据水温自动进行水箱补水热交换，水箱换水电磁阀的控制由变频器的换水控制口控制，当检测到水箱的温度达到设定值时，水箱自动打开换水电磁阀自动换水。
水箱上带有4路分水器，1台水箱最多可为4台变频器提供冷却水。
图8水箱方案水路图
（八）变频器安装要求
1）电源及负荷电缆选用
选用变频器专用屏蔽橡套软电缆，变频电缆的结构包括三根主线绝缘线、三根零线绝缘线，在主线绝缘线和零线绝缘线外依次设置内绕包层、铜带层、外绕包层和外护套层，形成3+3线芯结构，使电缆具有较强的耐电压冲击性，能经受高速频繁变频时的脉冲电压。
图9电缆结构图
2）现场安装
变频器的现场布置尽量缩短变频器到电机的距离，即变频器尽可能的靠近电机放置。
变频器输出电缆与输入电缆不能平行布置，并减少交叉的次数，防止对电网的干扰。
青岛天信电气有限公司隔爆变频器输出电缆长度可达1000米。
3）控制电缆要求
对外控制电缆（包含通讯电缆）应单独布线，并使用屏蔽双绞电缆，以抑制干扰。
（九）典型应用
变频器可应用于乳化液泵站、胶带输送机、刮板输送机等负载，现列举三种典型应用方式。
1）乳化液泵站典型应用一
神东乌兰木伦煤矿12403工作面液压供液系统，共三台液压泵，使用250kW电机拖动,一台用BPJ-315/1140矿用隔爆兼本质安全型变频器驱动电机，第二台和第三台电机由QJZ-630/1140（660）-4组合开关直接工频驱动。
其中由工频驱动的液压泵受变频器开关量控制,此泵站每天24小时不间断工作。
外部压力传感器连到变频器的相应端口，变频器根据当前的压力状况调节转速。
若变频器全速50Hz运行，不能满足供液要求时，启动第二台工频泵，当两台泵仍不能满足需求时，再启动3#备用工频泵。
当压力传感器损坏后，变频器自动转入恒转矩控制模式。
图10乳化液泵站变频应用系统框图
2）乳化液泵站典型应用二
神东大柳塔煤矿12上312工作面乳化液泵站设备采用3泵2箱模式，泵电机功率315kW，电压等级为1140V。
采用一台BPQJ-（400、500）/1140-3矿用隔爆兼本质安全型组合变频起动器，变频回路驱动一台变频泵，另外两个工频回路驱动两台工频泵，不需要额外配组合开关。
变频回路驱动变频泵根据系统压力调节供液量，当认为变频泵全速供液（电动机已达到50Hz运行）不能满足供液需求时，变频起动器内部的驱动监控系统向工频回路发出启动信号，使工频回路接触器吸合控制第二台乳化液泵启动，工频回路启动后，供液以第二台工频泵工作为主，第一台变频泵作为补液，自动调节供液压力，最终实现恒压供液。
图11乳化液泵站变频应用系统框图
乳化液泵站应用变频驱动具有以下优点：
a）恒压供液，减少机械磨损。
采用变频器驱动乳化液泵站将液压管路中的乳化液压力维持在设定范围内，可减少泵站泄压的次数，消除脉动冲击现象，减少“爆管”以及对阀组的冲击，延长管路及液压器件的使用寿命。
保证液压支架的支撑力。
b）提高功率因数，节约电能。
采用变频调速系统后，电源侧的功率因数可提高到以上，减少了无功损耗，节约电能。
c）降低设备运行费用。
采用变频调节后，通过接收系统压力的反馈信号，由变频器控制乳化泵电动机的转速从而改变管网的流量、压力,使供给量与需求量达到平衡，不需要注液时，电机工作在较低的转速下，同时减少由于压力冲击在管道中的能量损失，达到高效节能的效果。
d）降低泵站噪音，改善工人工作环境。
3）胶带输送机典型应用
神华神东煤炭集团大柳塔煤矿5-2煤大巷8700米主运胶带输送机为目前世界最长的井下胶带输送机，运输能力5000t/h，宽度，带速s。
胶带输送机由七台YBBP500-41000kW隔爆型变频调速三相异步电动机拖动，机头四台，皮带中部三台，机头到中部距离为5000多米。
采用青岛天信电气生产的7台BPJ-1000/1140矿用隔爆兼本质安全型交流变频器驱动，机头安装4台，中部安装3台，变频器之间通过CAN总线进行通讯。
通过控制台控制位于胶带输送机头的1号机（任一台都可设为主机），其它所有从机跟随主机，实现动态功率平衡。
胶带输送机在启动、停止及恒速运行过程中，所有从机以主机为参照，自动调整自身的输出，使整条胶带运行平稳良好。
驱动系统如图12所示。
胶带输送机的辅助设备通过青岛天信电气生产的QJC-315/1140（660）-8多路电磁起动器集中供电，变频器通过CAN总线与起动器通讯，实现多路辅助设备的开停控制。
图12胶带输送机变频应用系统图
变频器还具有标准MODBUS总线接口，实现了胶带输送机与矿井自动化系统的通讯，将整个驱动系统的数据上传至地面调度室。
还实现了在天信公司通过远程访问查看设备运行状态，观察数据运行情况，需要时做提前预防工作。
胶带输送机应用变频驱动具有以下优点：
a）能够实现软启动、软停车，延长设备使用寿命，避免对电网冲击。
b）可实现多点多驱动态功率平衡。
c）采用变频器控制，电机与减速器之间采用直接联接，安装维护简单。
d）可实现低速验带功能。
低速运行频率可任意设定。
e）多方面节约能源：
变频器可以根据当前的运煤量自动调整胶带运行速度，使其与煤仓下煤量相匹配，自动负荷匹配调速，减小电能消耗；
采用变频器功率因数可达以上，降低无功功耗；
电机与减速器之间采用直接联接，传递效率高；
f）减少故障时间、降低设备的维护量：
变频器功能完善，具有完备的保护功能和故障诊断能力，大大减少了电机及胶带运输机设备的故障和维护量，从而减少了运营成本；
变频器无机械及液压油磨损，故障率大幅降低；③采用模块化结构设计，故障的恢复时间较短，维修简便。
4）下运胶带输送机四象限变频驱动典型应用
神华神东煤炭集团保德煤矿，12302顺槽胶带输送机总长2100米，宽度米，运输能力每小时2500吨，机头机尾前后落差146米，胶带为下运，角度为度。
机头用两台500kW电机拖动，由于胶带输送机长度过长，在皮带中部1000米处安装中部驱动，用一台500kW电机拖动。
由青岛天信电气生产的3台BPJ1-500/1140K矿用隔爆兼本质安全型交流变频器驱动，变频器为四象限运行方式，驱动系统如下图所示。
图13保德煤矿胶带输送机变频驱动系统图
3台变频器通过CAN总线通信实现主从控制，通过控制台控制位于胶带机头的1号机主机，其它2台为从机，从机跟随主机，实现动态功率平衡以及对胶带的加减速、停机等具体操作；从机以主机为参照，自动调整自身的输出，使整条胶带运行平稳良好。
当胶带运行时，逆变侧产生励磁电流，重力牵引电机发电，电动机处于发电状态，势能转化为电能通过整流侧回馈到电网。
通过保德煤矿胶带的使用可以看出变频器在胶带输送机特别是下运胶带输送机使用中优势明显，不但实现了软起的功能，减小了机械设备的冲击，更重要的是解决了下运大负载的控制问题，消除了传统驱动方式下运控制时制动力不足造成的飞车现象，保证了生产及设备的安全。
5）刮板输送机变频驱动典型应用
平煤集团十三矿23012采煤面，刮板输送机长度180米，倾角30°，电机功率2×500kW。
采用两台BPJ-500/1140变频器，分别拖动机头机尾两台电动机。
变频器启动电流平稳无冲击，避免了瞬时冲击电流给电机本身、拖动设备及电网带来的不利影响。
利用变频器的最大转矩限制功能实现运行过程中断链保护，起到了保护电动机和减速箱的目的。
两台变频器一主一从，采用CAN总线通讯，从机跟随主机自动调整自身的输出，实现动态功率平衡，保证机头机尾的两台电动机出力一致。
取消双速电机，采用单速电机，减少了一根电缆。
变频器支持长电缆输出，变频器到电机电缆长度可达1000米。
系统配置如下图：
图14平煤刮板输送机变频驱动系统图
刮板输送机应用变频驱动具有以下优点：
a）替代ＣＳＴ、TTT、高低速等设备采用直接对轮联接，简化机械系统，提高设备的机械效率和可靠性。
b）解决刮板输送机重载软启动，减少机械和电气冲击。
c）实现根据链条强度设置最大转矩保护，减少断链的发生。
d）设置转矩下限保护值，实现断链自动停机保护。
e）实现机头机尾动态功率平衡。
f）具备低速检修模式以及正反转控制模式，便于刮板机的检修和卡链的处理。
g）可采用普通的单速电动机，相比双速电机节省一根电缆。
二、矿用隔爆兼本质安全型高压变频器
（一）用途
青岛天信电气有限公司生产的矿用隔爆兼本质安全型高压变频器（以下简称高压变频器）适用于含有爆炸性气体环境的煤矿井下，作为刮板输送机、胶带输送机等类似场合的三相交流异步电动机调速控制用。
该产品具有启动转矩大、启停平稳等特点，能实现交流电机在各种负载情况下的平滑启动、调速、停车等功能，彻底消除机械及电气冲击，延长设备使用寿命。
使用多台变频器拖动同一带式负载时，各变频器之间自动调节，实现多台之间的动态功率平衡。
（二）型号含义
1）矿用隔爆兼本质安全型高压变频器系列
BPJV1–□/□
额定电压（kV）
额定功率（kW）
设计序号
电压源型
隔爆兼本质安全型
变频器
2）矿用隔爆兼本质安全型高压组合变频器系列
BPJV–□×□/□
额定电压（kV）
单回路额定功率（kW）
输出回路数
电压源型
隔爆兼本质安全型
变频器
（三）使用环境条件
a）海拔高度不超过2000m；
b）周围环境温度应在0℃～+40℃范围内；
c）空气相对湿度不大于95%（+25℃）；
d）具有甲烷和煤尘等爆炸性气体混合物的煤矿井下；
e）无蒸汽或破坏金属和绝缘材料的腐蚀性气体的场所；
f）无显着摇动和剧烈冲击振动的环境；
g）无滴水的场所。
（四）主要技术参数
矿用隔爆兼本质安全型高压变频器系列
型号
额定
功率
kW
额定输入电压
V
输入电流
A
相数
输出电流
A
输出频率范围Hz
供电
方式
冷却方式
外形尺寸
长×宽×高（mm）
重量
kg
主要用途
胶带输送机
刮板输送机
乳化液泵站
绞车
局部通风机
给煤机
BPJV-525/
525
2×1700
2×113
3
0～120
0～300
12脉
（1）
水冷
3520×1000×1100
4300
√
√
BPJV-855/
855
2×1700
2×185
3
0～190
0～300
12脉
水冷
3520×1000×1100
4300
√
√
BPJV-1250/
1250
2×1700
2×275
3
0～280
0～300
12脉
水冷
3520×1000×1100
4300
√
√
BPJV1-1400/
1400
2×1903
2×250
3
0～290
0～300
12脉
水冷
4116×1480×1853
11000
√
√
BPJV1-2000/
2000
2×1903
2×306
3
0～406
0～300
12脉
水冷
4116×1480×1853
11000
√
√
矿用隔爆兼本质安全型高压组合变频器系列
BPJV-3×525/
3×525
2×1700
2×340
3
3×（0～120）
0～300
12脉
水冷
4100×1250×1560
8800
√
√
BPJV-3×855/
3×855
2×1700
2×554
3
3×（0～190）
0～300
12脉
水冷
4100×1250×1560
8800
√
√
BPJV-3×1250/
3×1250
2×1700
2×825
3
3×（0～280）
0～300
12脉
水冷
4100×1250×1560
8800
√
√
注
（1）：
由二个输出绕组的3相移动变电站供电，两路之间存在30度的相位差（一路Y接，一路△接）
（五）结构
设备部件布置图
变频器主要由整流单元、滤波单元、逆变单元、水冷单元以及低压控制单元五大部分组成，变频器的低压控制部分主要布置在输出端盖上。
动力电源的输入以及负荷电缆的输出均采用快速电缆连接器结构。
变频器正面端盖主要器件
代码
名称
1
输出电源指示
2
寸彩色液晶显示器
3
按钮标牌
4
本安操作键盘
5
威普插头
6
引线咀
7
低压接线腔
8
输出电缆连接器
图1变频器正面端盖
变频器背面端盖主要器件
代码
名称
1
输入电源指示
2
输入电缆连接器
图2变频器背面端盖
变频器背面端盖主要器件
代码
名称
1
电源指示模块
2
键盘模块
3
寸液晶显示器
4
滤波器
5
本安键盘接线端子
6
高压变频器主控器
7
开关电源
8
断路器
9
先导模块
10
隔离式安全栅
图3变频器控制单元
高压变频器电气系统
整流单元
变频器内部配置12脉波整流器，可降低变频器对电网的谐波干扰。
变频器整流电压为两个整流器直流电源的叠加。
在变频器处于故障状态时，不允许合闸充电。
保护IGCT（无熔断器设计）
变频系统使用最新的功率半导体开关器件IGCT作为主电路保护器件。
不同于传统的熔断器，位于整流器和直流回路之间的IGCT可以直接把逆变器和主电源隔离，且分断时间为25微秒，比传统的熔断器快1000倍。
使用IGCT作为传动系统的保护，使得传动系统的元器件数目更少，从而使变频器具有更卓越的可靠性。
三电平逆变单元
逆变器采用三电平控制技术，采用IGCT作为开关元器件，加上LC低通滤波器可以降低逆变
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