應用領域：礦山
    關鍵字：磁鏈閉環(huán)、皮帶機、主從控制、軟啟動、節(jié)能
    摘要：本文介紹了匯川HD92皮帶機專用高壓變頻器在寧夏某煤礦主井（斜井）皮帶機上的應用。并從電氣  原理、性能、節(jié)能分析等各方面對高壓變頻器在皮帶機上的應用做總結。
一、概述
      皮帶輸送機是煤礦最理想的高效連續(xù)輸送設備，是煤礦開采機電一體化技術與裝備的關鍵設備，是煤礦斜井生產(chǎn)的重要傳送設備。國內煤礦的高壓電機拖動的皮帶機一般都采用工頻拖動，并在電機和減速機之間加裝液力耦合器，液力耦合器通過勺管來改變渦輪與泵輪之間油腔的油量多少來調速，達到軟起、軟停、調試的目的。但液力耦合器是機械設備，不可能精確的調整油腔的油量，更不能使兩臺電機無論在啟動、停止還是在運行中達到轉速一致、轉矩相同、功率平衡的目的；而變頻器完全可以解決這個問題，液力耦合器屬于低效調速設備，在調速的過程中轉差功率以熱能的形式損耗在油中。這不僅消耗了能量，而且使液力耦合器油溫升高，為此必須采取妥善的冷卻方式，特別是在環(huán)境溫度較高的場合應用，對冷卻的要求更高，在夏季不得不采取不間斷的沖水冷卻等措施，即使如此，有時仍會因溫度過高，威脅到液力耦合器安全時，不得不停機，以使溫度降下來。所以高壓變頻器在皮帶機上取代液力耦合器是必然的趨勢。
二、設備概況
      某煤礦皮帶機輸送系統(tǒng)主要有皮帶機、抱閘、減速機、逆止器、皮帶、皮帶秤、抓捕器、拉線急停、跑偏傳感器等組成。
1、皮帶機
      皮帶長800米，寬1.5米。2臺電機，拖動直徑1.2米的驅動滾筒。速度3/S米，兩個驅動滾筒都在機頭。距離較近為鋼性連接。

2、驅動電機
      三相異步電機
      功率450KW
      電機電壓10KV
      電機額定電流32.5，
      功率因數(shù)0.84，
      轉速1450R/MIN
3、抱閘器（電力液壓驅動器）：額定推力1250N,功率560W，
4、減速機：西門子生產(chǎn)行星式減速機。功率500KW,N1=1500，N2=42.38。
 
三、煤礦皮帶機變頻調速系統(tǒng)方案設計

皮帶機多機變頻調速系統(tǒng)的核心問題是皮帶系統(tǒng)中各電機的轉速和轉矩平衡問題。在實際應用中，根據(jù)現(xiàn)場工藝不同，可以選擇不同的變頻控制方案。
1.“一拖二”方案    
      此方案是采用一臺變頻器同時拖動兩臺電機運行，將各個電機定子繞組接線直接并聯(lián)接在一臺變頻器輸出測。“一拖二”方案中，變頻器無法對電機的轉矩進行獨立的控制，因此各電機的出力由電機的參數(shù)和皮帶參數(shù)決定；其中，影響電機功率平衡的主要因素是電機的參數(shù)差異和拖動滾筒及皮帶的包絡角差異；正常情況下，包絡角的大小只存在設計及加工上的差異，但是當系統(tǒng)正常運行后，由于提升的貨物是潮濕的，皮帶在卸貨物后，上面仍殘留一些煤渣，這時候轉到拖到滾筒上，就會使拖動滾筒直徑變大；誤差越大，系統(tǒng)中電機的功率差異就會越大。   
 采用“一拖二”方案有以下弊端
1）變頻器不能有效的分配兩臺電機的功率，達到功率平衡的目的；
2）變頻器不能有效的保護每一臺電機，因為一臺變頻拖動兩臺電機，我們在設置過流保護值時，如果按照單臺設定，如果電機負載大或是負載波動比較大時，會因為過流故障停機，更嚴重的是根本啟動不了皮帶機。如果按照兩臺電機的保護設定過流值，達不到保護電機的目的。如果為電機分別安裝保護柜的話，不但增加費用，而且連鎖復雜。
2.“主從控制”方案   
      此方案采用兩臺變頻器分別拖動兩臺電機（或者多臺），將各個電機定子繞組直接分別接在相應的變頻器輸出側，主從同步控制運行變頻系統(tǒng)是由完全獨立的兩臺變頻器通過主、從機的同步CAN總線通訊方式保證雙電機的轉速一致，功率平衡。高壓變頻器采用主從控制方案，三環(huán)控制模式，主機采用轉速控制，從機采用轉矩控制。主機通過CAN通訊實時采集從機電流信號、電壓信號、頻率信號，實時調整給從機的轉矩信號，使主機和從機的功率達到完美的平衡。
      當其中一臺變頻器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)不停機，故障變頻器自動轉到工頻，控制器繼續(xù)采集工頻電機的電流、電壓反饋給變頻器，采用單頻轉矩調整控制模式，工頻電機為主機，變頻電機為從機，變頻器50HZ運行，自動調整轉矩，使輸出轉矩與工頻電機轉矩一致，功率平衡。如果工頻電機出現(xiàn)故障時，故障跳高壓開關柜后，變頻器采用模糊控制也就是自適應控制方式，變頻器不停機，迅速降低轉速，轉矩補償。
      用戶控制命令源，采用多段速與模擬量設置相結合。變頻器DI點開關量輸入，當用戶選擇多段速控制時，DI為常開點；當用戶選擇模擬量設定頻率控制時，DI點為常閉點。
3.高壓變頻器高壓系統(tǒng)方案
      高壓變頻器采用自動旁路柜，一拖一方案。自動旁路可以選擇遠方和就地控制切換。

4.皮帶機保護
      皮帶機保護有雙向拉繩急停保護，速度開關保護，溫度保護，煙霧保護、縱向撕裂保護，兩級跑偏開關保護，堵煤開關保護，超溫灑水。HD92皮帶機專用高壓變頻器預留了皮帶機保護的專用接口，可以通過通訊上傳故障，也可以通過端子排做皮帶機和高壓變頻器的故障連鎖，只需把所有的保護信號上傳 ，高壓變頻器可以對皮帶機做實時的監(jiān)控。HD92具備如下保護：
1）跑偏保護
2）堆煤保護
3) 速度保護
4) 縱撕保護
5) 其它設備保護
四、匯川技術HD92皮帶機專用高壓變頻器的優(yōu)勢
4.1匯川技術HD92系列高壓變頻器技術特點
      匯川HD92系列高壓變頻器以高速浮點DSP為控制核心，采用矢量控制技術、功率單元串聯(lián)多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。HD92高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點：
(1)采用高速DSP+RAM+FPGA作為核心處理器，運算速度更快，控制更精準。
(2)飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接啟動。
(3)完整的工頻/變頻自動互切技術。匯川技術提供的自動旁路切換柜，不僅可實現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉換至工頻運行狀態(tài)，還可實現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻運行的功能，整個轉換過程不會對用戶設備的運行造成任何影響。
(4) 矢量控制方式，低頻時可輸出大轉矩。
(5) 具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。匯川變頻器在發(fā)生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發(fā)生。
(6)多機主從控制，功率均衡。皮帶機不管是啟動還是運行過程中，電機是相同的電流，相同的轉矩，不會出現(xiàn)一電機過載，一臺電機輕載的問題，而且具有軟起動的功能，啟動時電流不超過電機的額定電流，減小電機在啟動瞬間對絕緣的損壞。對電機的軸承的機械沖擊減小。
（7）具有單變頻主從控制模式，當一臺變頻器出現(xiàn)故障時，故障機器自動切換到工頻，工頻電機為主機，變頻電機為從機。變頻電機根據(jù)采集到工頻電機的電流、電壓量實時調整自身轉矩輸出，主從控制達到功率平衡。
（8）非對稱旁路技術為提升機的穩(wěn)定運行提供可靠保障（選配）
當其中某個單元出現(xiàn)故障后，如果單元具備旁路功能，通過非對稱旁路技術可以使系統(tǒng)不停機運行。功率單元旁路采用機械式接觸器方式，并且專門為其設計了一套功率單元旁路控制系統(tǒng)，一旦功率單元故障，旁路系統(tǒng)均能正確安全的旁路。
4.2 使用效果
      使用HD92高壓變頻器后，根據(jù)現(xiàn)場實測空載啟動、停止、運行；輕載時啟動、停止運行以及重載時啟動、停止運行的波形，可以看出此皮帶機運行平穩(wěn)，完全滿足設計要求。實現(xiàn)了皮帶機低頻大轉矩能力，把運行過程荷載變化對設備的影響降到最低，實現(xiàn)皮帶機系統(tǒng)完美控制運行。

圖5 現(xiàn)場HD92高壓變頻器照片

五、結束語
      HD92高壓變頻器為匯川技術大傳動產(chǎn)品線開發(fā)生產(chǎn)的高性能高壓變頻器，其具備磁鏈閉環(huán)矢量控制算法，多個現(xiàn)場的使用表明，完全可以滿足皮帶機應用的要求。特別是HD92高壓變頻器的多機高速通訊方案，為皮帶機多機功率平衡提供了完美的解決方案。

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