摘  要：本文主要介紹了深圳市英威騰電氣股份有限公司研發(fā)的高壓變頻器（矢量型）在煤礦皮帶機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用情況。該項(xiàng)目采用兩臺(tái)矢量型高壓變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行的方案。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，此方案下，各電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速相等，電流一致性較好，滿足皮帶運(yùn)行工況要求。

　　關(guān)鍵詞：煤礦皮帶機(jī)  矢量控制  主從控制  負(fù)載平衡  電流均衡

　　一、引言 

　　在大功率皮帶傳動(dòng)場(chǎng)合，以往為了實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)，需要使用液力耦合器或者液力軟啟動(dòng)器（CST），這類液力傳動(dòng)設(shè)備維護(hù)工作量大，能耗高，已越來越不能滿足用戶的要求。隨著高壓變頻技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，高壓變頻器已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)液耦的位置，其在皮帶機(jī)上的應(yīng)用也越來越廣泛。

　　本文主要結(jié)合深圳英威騰CHH100系列高壓變頻器在山西晉煤集團(tuán)澤州天安圣鑫煤業(yè)皮帶機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)高壓變頻器在皮帶傳動(dòng)場(chǎng)合的應(yīng)用特點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

　　二、皮帶機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)基本情況

　　山西晉煤集團(tuán)澤州天安圣鑫煤業(yè)位于山西省晉城市澤州縣境內(nèi)，年設(shè)計(jì)產(chǎn)煤量為60萬噸，屬于晉煤集團(tuán)屬下的國(guó)有大企業(yè)的下屬企業(yè)，有自己的礦井和選煤廠等相關(guān)企業(yè)。  

　　圣鑫煤業(yè)皮帶機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：?jiǎn)纬唐чL(zhǎng)度560米，皮帶寬度1.5米。電機(jī)50Hz工頻運(yùn)行時(shí)，皮帶最大速度為2米/秒。礦井傾斜角度15度。井口有兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行拖動(dòng)皮帶系統(tǒng)工作，兩臺(tái)電機(jī)銘牌參數(shù)相同。

　　圖 1礦井皮帶系統(tǒng)示意圖

　　井口兩臺(tái)電機(jī)銘牌中主要參數(shù)如表1所示。

　　表格 1電機(jī)參數(shù)

　　皮帶機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成：

　　1、皮帶機(jī)機(jī)頭，是礦井的出煤口。皮帶從井底拖運(yùn)出來的煤經(jīng)過機(jī)頭位置時(shí)，自動(dòng)被拋卸到礦井煤場(chǎng)；

　　2、卸完煤后的空皮帶經(jīng)過一個(gè)轉(zhuǎn)向輪，分別通過1#電機(jī)拖動(dòng)的主動(dòng)滾筒和2#電機(jī)拖動(dòng)的從動(dòng)滾筒后，皮帶在經(jīng)過一個(gè)導(dǎo)向輪運(yùn)行到井底完成一次運(yùn)煤過程。1#電機(jī)、滾筒及導(dǎo)向輪的現(xiàn)場(chǎng)工況如圖2所示。2#電機(jī)、滾筒及導(dǎo)向輪的現(xiàn)場(chǎng)工況如圖3所示；　

        

　　3、在礦井的底部，裝有皮帶張緊系統(tǒng)，其主要作用是調(diào)節(jié)皮帶的松緊程度，防止皮帶過松導(dǎo)致的兩臺(tái)主動(dòng)輪打滑現(xiàn)象或者重載溜車現(xiàn)象，以及皮帶過緊導(dǎo)致的皮帶異常損傷；

　　4、皮帶機(jī)制動(dòng)與逆止保護(hù)裝置。皮帶機(jī)除了變頻器的保護(hù)系統(tǒng)外，還有自身的一些保護(hù)措施，如油壓制動(dòng)系統(tǒng)，逆止裝置等。圖4展現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)的油壓制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)況。在兩臺(tái)動(dòng)力滾筒上各安裝了一套油壓剎車系統(tǒng)。在停車狀態(tài)或故障狀態(tài)下，兩臺(tái)油壓剎車處于制動(dòng)狀態(tài)。正常生產(chǎn)時(shí)，剎車片處于松開狀態(tài)。圖5中藍(lán)色部件是皮帶機(jī)的逆止裝置，安裝在減速器的低速軸上。皮帶機(jī)出現(xiàn)重大故障，其它保護(hù)失效時(shí)，逆止裝置通過機(jī)械力阻止重載皮帶向下溜車。

 

　     
　　三、煤礦皮帶機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及運(yùn)行效果分析

　　皮帶機(jī)多機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心問題是皮帶系統(tǒng)中各電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩平衡問題。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝不同，可以選擇不同的變頻控制方案。

　　1、直接“一拖多”方案

　　此方案中，各電機(jī)定子繞組直接并聯(lián)，統(tǒng)一由一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)。由于僅采用1臺(tái)變頻器，此方案具有成本低，占地小的特點(diǎn)。

　　此方案中，變頻器無法對(duì)各電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行獨(dú)立的控制，因此各電機(jī)的出力由電機(jī)參數(shù)和皮帶系統(tǒng)參數(shù)決定。其中，影響電機(jī)功率平衡的主要因素是電機(jī)的參數(shù)差異、電機(jī)動(dòng)力滾筒的直徑誤差和皮帶包絡(luò)角差異。誤差越大，系統(tǒng)中電機(jī)的功率差異就越大。在沒有人為的設(shè)計(jì)差別的情況下，一般上述誤差都是生產(chǎn)中的加工誤差。電機(jī)動(dòng)力滾筒的直徑誤差在初期生產(chǎn)中會(huì)引起電機(jī)功率誤差，但由于皮帶系統(tǒng)的物理特性，經(jīng)過一段時(shí)間使用和磨損后，這一誤差將逐漸減小。

　　對(duì)于能夠可靠控制上述這些誤差的場(chǎng)合，可以采用此方案，這將大大降低變頻調(diào)速系統(tǒng)的采購價(jià)格。

　　電氣控制圖如下：

　　CHH100系列高壓變頻一拖二手動(dòng)切換控制圖

　　2、多變頻器協(xié)調(diào)控制方案

　　在動(dòng)力電機(jī)數(shù)量多，單個(gè)電機(jī)負(fù)載差異大，電機(jī)排列分散的復(fù)雜工況皮帶系統(tǒng)，一般可以采用多變頻器主從控制方案。現(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)電機(jī)配置一臺(tái)變頻器，所有系統(tǒng)中的所有高壓變頻器由一臺(tái)主變頻器統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。該主變頻器通過對(duì)各變頻器運(yùn)行狀態(tài)控制，協(xié)調(diào)各變頻器的運(yùn)行指令，各變頻器根據(jù)該指令對(duì)各自的電機(jī)進(jìn)行獨(dú)立的控制，使各電機(jī)轉(zhuǎn)速相同、出力相同。

　　四、高壓變頻器控制方式選擇

　　現(xiàn)場(chǎng)采用的CHH100系列高壓變頻器，控制方式可以根據(jù)實(shí)際工藝需要，選用“VVVF控制”方式或者“無速度傳感器矢量控制”方式。其中，VVVF控制方式適用于輕載啟動(dòng)、負(fù)載波動(dòng)較小的場(chǎng)合，矢量控制方式適用于重載啟動(dòng)或負(fù)載波動(dòng)較大的場(chǎng)合。

　　斜井皮帶機(jī)系統(tǒng)在正常啟動(dòng)、運(yùn)行過程中，啟動(dòng)電流較小，負(fù)載波動(dòng)也較小。但考慮到在事故恢復(fù)等特殊情況下，皮帶機(jī)需要在堆滿煤情況下重載啟動(dòng)，因此需要選用“矢量控制”方式。

　　根據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)情況CHH100高壓變頻器跟煤井供煤機(jī)和皮帶機(jī)逆止器做連鎖控制，當(dāng)變頻器故障時(shí)供煤機(jī)連鎖停機(jī)（防止壓壞皮帶機(jī)）、皮帶機(jī)逆止器（防止打滑）。

　　五、現(xiàn)場(chǎng)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)基本情況

　　現(xiàn)場(chǎng)采用深圳英威騰CHH100系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，主從控制方式，配置兩臺(tái)高壓變頻器，采用一拖一方式

　　高壓變頻器配置如下表：

　　高壓變頻器旁路方式：

　　

　　CHH100系列矢量高壓變頻一拖一手動(dòng)切換控制圖

　　變頻調(diào)速系統(tǒng)由用戶開關(guān)、手動(dòng)切換旁路柜、CHH100系列高壓變頻器、高壓電機(jī)組成。一拖一手動(dòng)切換旁路柜是由三個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1、QS2、QS3組成。手動(dòng)旁路柜嚴(yán)格

　　按照“五防”聯(lián)鎖要求設(shè)計(jì)，變頻器輸出QS2和旁路高壓隔離開關(guān)QS3機(jī)械閉鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運(yùn)行。

　　1) 在變頻運(yùn)行狀況下，QS1、QS2閉合，QS3斷開。

　　如需手動(dòng)切換至工頻運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)先停止變頻器輸出，斷開用戶開關(guān)，再由機(jī)械操作依次斷開QS1、QS2，然后機(jī)械操作閉合QS3，使電機(jī)切換至工頻側(cè)，再合上用戶開關(guān)，使電機(jī)工頻運(yùn)行；

　　2) 在工頻旁路運(yùn)行狀況下，QS3閉合，QS1、QS2斷開。

　　如需手動(dòng)切換至變頻運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)先斷開用戶開關(guān)，由機(jī)械操作斷開QS3，然后由機(jī)械操作依次閉合QS2、QS1，使電機(jī)切換至變頻側(cè)，再合上用戶開關(guān)。

　　主從控制方式介紹：

　　變頻器在多機(jī)隨動(dòng)的情況下，此功能的實(shí)現(xiàn)方式是，把高壓變頻器的控制器通過高速通訊網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，參數(shù)設(shè)置里，把需要隨動(dòng)的變頻器設(shè)定為從，把需要電控系統(tǒng)來控制的變頻器設(shè)置為主。主從控制網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖所示。主從控制方式中，可以控制同步啟停和功率平衡。

　　主從控制網(wǎng)絡(luò)

　　同步啟停：

　　同步啟停是在變頻器接收到外部控制系統(tǒng)發(fā)出的啟動(dòng)或者停車信號(hào)后，主從控制網(wǎng)內(nèi)的高壓變頻器同步的啟動(dòng)或者停機(jī)。同步啟停在無主從控制功能的高壓變頻器多機(jī)隨動(dòng)中是無法實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)控制系統(tǒng)把啟動(dòng)或者停機(jī)指令發(fā)送給變頻器后，變頻器中的主變頻器立即執(zhí)行改指令，并且把相應(yīng)的指令通過高速通訊的方式發(fā)給從變頻器，使得主從變頻器同時(shí)啟動(dòng)或者停機(jī)。

　　功率平衡：

　　變頻器在多機(jī)隨動(dòng)的情況下，尤其是在鋼纜機(jī)和皮帶機(jī)這種負(fù)載條件下，負(fù)載重載啟動(dòng)，且不能直接工頻啟動(dòng)，直接工頻啟動(dòng)的結(jié)果會(huì)造成皮帶的撕裂和鋼纜的跳槽和掉繩，并對(duì)設(shè)備產(chǎn)生難以恢復(fù)的傷害。在多機(jī)拖動(dòng)時(shí)，電機(jī)的功率平衡成為運(yùn)行過程中控制的重點(diǎn)。

　　變頻器自身通過主從控制可以實(shí)現(xiàn)功率平衡功能，但是用電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功率平衡也可以實(shí)現(xiàn)。變頻器實(shí)現(xiàn)功率平衡的方式是，通過高速通訊，把從變頻器的輸出功率報(bào)告給主變頻器，主變頻器分析判斷計(jì)算后，調(diào)整從變頻器的運(yùn)行頻率，達(dá)到兩臺(tái)或者多臺(tái)變頻器輸出功率基本相一致。

　　六、結(jié)論

　　本文主要結(jié)合深圳英威騰CHH100系列高壓變頻器在山西晉煤集團(tuán)澤州天安圣鑫煤業(yè)皮帶傳送機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)高壓變頻器在皮帶傳動(dòng)場(chǎng)合的應(yīng)用特點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，分析了皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)常用的變頻調(diào)速方案。

　　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，通過合理選擇控制方案，能夠用較低的設(shè)備投入實(shí)現(xiàn)較好的皮帶調(diào)速控制效果。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 《CHH100系列高壓變頻器產(chǎn)品說明書》深圳市英威騰電氣股份有限公司

　　[2] 《高壓變頻調(diào)速技術(shù)工程實(shí)踐》 徐甫榮  中國(guó)電力出版社  2012-01出版