摘要：強(qiáng)力皮帶機(jī)是礦山運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，其多電機(jī)拖動(dòng)功率平衡分配是主要問題，本文主要介紹了合康HIVERT系列通用變頻器在礦山強(qiáng)力皮帶機(jī)上的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：變頻器，功率平衡，主從控制

　　引言：

　　帶式輸送機(jī)是利用傳動(dòng)滾筒和輸送帶之間的摩擦力，驅(qū)動(dòng)輸送帶運(yùn)行的連續(xù)的運(yùn)輸設(shè)備。輸送帶既是牽引構(gòu)件又是承載構(gòu)件。

　　國(guó)內(nèi)現(xiàn)有大多數(shù)煤礦的皮帶輸送機(jī)一般都采用工頻拖動(dòng)，較少使用變頻器驅(qū)動(dòng)。由于電機(jī)長(zhǎng)期工頻運(yùn)行加之液力耦合器效率等問題，造成皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行起來(lái)非常不經(jīng)濟(jì)；同時(shí)由于電機(jī)無(wú)法采用軟起軟停，在機(jī)械上產(chǎn)生劇烈沖擊，加速機(jī)械的磨損；還有皮帶、液力耦合器的磨損和維護(hù)等問題都會(huì)給企業(yè)帶來(lái)很大數(shù)額的費(fèi)用問題。這對(duì)于現(xiàn)在創(chuàng)建節(jié)能型社會(huì)是不相符合的，對(duì)煤礦企業(yè)的皮帶輸送機(jī)進(jìn)行變頻改造對(duì)節(jié)約社會(huì)能源、增加煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益都具有非常現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。隨著高壓變頻技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。本文主要結(jié)合北京合康變頻器的HIVERT系列通用高壓變頻器在山西呂梁市臨縣三交鎮(zhèn)泰業(yè)煤礦皮帶機(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。

　　一、應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的基本情況

　　山西呂梁市臨縣三交鎮(zhèn)泰業(yè)煤礦隸屬于山西樓俊礦業(yè)集團(tuán)有限公司，如圖(1)所示；泰業(yè)煤礦礦井結(jié)構(gòu)圖，圖(2)所示；強(qiáng)力皮帶機(jī)數(shù)據(jù)，如表(1)，兩臺(tái)拖動(dòng)電機(jī)數(shù)據(jù)一致，表(2)所示。

圖(1) 泰業(yè)煤礦外景

圖(2) 泰業(yè)煤礦礦井強(qiáng)力皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)圖

表(1) 強(qiáng)力皮帶機(jī)的數(shù)據(jù)

表(2) 雙臺(tái)拖動(dòng)電機(jī)數(shù)據(jù)

二、           皮帶機(jī)的構(gòu)成 

1. 拖動(dòng)電機(jī)1和電機(jī)2 ，如圖(3)

圖(3) 電機(jī)M1和M2

2.拖動(dòng)滾筒和逆止器，如圖(4)

圖(4) 滾筒和逆止器

3.盤形制動(dòng)器，如圖(5)

圖(5) 盤形制動(dòng)器

4.運(yùn)輸強(qiáng)力皮帶，如圖(6)

圖(6) 強(qiáng)力皮帶

　　三、煤礦皮帶機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　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.“一拖二”方案

　　此方案是采用一臺(tái)變頻器同時(shí)拖動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，將各個(gè)電機(jī)定子繞組直接并聯(lián)在一臺(tái)變頻器輸出測(cè)。

　　“一拖二”方案中，變頻器無(wú)法對(duì)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)的參數(shù)和皮帶參數(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)差異和拖動(dòng)滾筒及皮帶的包絡(luò)角差異；正常情況下，包絡(luò)角的大小只存在設(shè)計(jì)上及加工上的差異，但是當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)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(shí)候轉(zhuǎn)到拖到滾筒上，就會(huì)使拖動(dòng)滾筒直徑變大；誤差越大，系統(tǒng)中電機(jī)的功率差異就會(huì)越大。

　　采用“一拖二”方案有以下三個(gè)弊端；一是變頻器不能有效的分配兩臺(tái)電機(jī)的功率；二是需要用戶經(jīng)常清理拖動(dòng)滾筒的煤渣及雜物；三是變頻器不能有效的保護(hù)每一臺(tái)電機(jī)。

　　2.“雙機(jī)聯(lián)動(dòng)”方案

　　此方案采用兩臺(tái)變頻器分別拖動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)，將各個(gè)電機(jī)定子繞組直接分別接在兩臺(tái)變頻器輸出測(cè)。

　　雙機(jī)聯(lián)動(dòng)同步運(yùn)行變頻系統(tǒng)是由完全獨(dú)立的兩臺(tái)變頻器通過(guò)主、從機(jī)的同步通訊方式保證雙電機(jī)的轉(zhuǎn)速、以及功率平衡的。兩臺(tái)電機(jī)中任意一臺(tái)都可作為主機(jī)，另一臺(tái)為從機(jī)。

　　雙機(jī)拖動(dòng)方案中，變頻器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩都能獨(dú)立控制，主從變頻器通訊采用光纖通訊，抗干擾能力強(qiáng)，通訊速率快，用戶可不必清理拖動(dòng)滾筒的煤渣及雜物，變頻器主從之間可以自動(dòng)來(lái)調(diào)整變頻器輸出轉(zhuǎn)速及功率一致。

　　四、HIVERT系列通用高壓變頻器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

　　1.變頻器的選擇

　　綜合現(xiàn)場(chǎng)工藝要求，由于現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)力皮帶機(jī)無(wú)負(fù)力，故采用雙臺(tái)合康HIVERT系列通用高壓變頻器。變頻器數(shù)據(jù)，如表(3)

表(3)變頻器數(shù)據(jù)

　　2.合康變頻器雙機(jī)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)

　　雙機(jī)聯(lián)動(dòng)（主從控制）同步運(yùn)行變頻系統(tǒng)是由完全獨(dú)立的兩臺(tái)或者多臺(tái)變頻器通過(guò)主、從機(jī)的同步通訊方式保證雙電機(jī)的轉(zhuǎn)速、以及功率平衡的。兩臺(tái)電機(jī)中任意一臺(tái)都可作為主機(jī)，另一臺(tái)為從機(jī)，主從機(jī)之間的同步控制是由我公司自行研發(fā)生產(chǎn)的“內(nèi)嵌式同步控制器”實(shí)現(xiàn)的。同步控制的傳輸介質(zhì)為光纖通訊；此種雙機(jī)通訊方式無(wú)需增加額外的繁雜的同步設(shè)備，且已經(jīng)在變頻器內(nèi)置完成，只需要簡(jiǎn)單的安裝操作及設(shè)置就可實(shí)現(xiàn)雙（多）機(jī)同步運(yùn)行。

　　主、從電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)由工況引起的功率不對(duì)稱分配，某臺(tái)電機(jī)出力嚴(yán)重超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定功率，而另一臺(tái)電機(jī)則會(huì)過(guò)度輕載運(yùn)行。主、從電機(jī)非同步運(yùn)行很容易造成運(yùn)行設(shè)備的損壞。且長(zhǎng)期運(yùn)行后，超載運(yùn)行的電機(jī)也會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)載保護(hù)、過(guò)流現(xiàn)象或停機(jī)等事故發(fā)生。為避免功率分配的不對(duì)稱出現(xiàn)，HIVERT高壓變頻器通過(guò)內(nèi)置的高速同步通訊，可將非同步狀態(tài)下輸出功率較大電機(jī)的超載功率部分及時(shí)平衡到輕載電機(jī)上，實(shí)時(shí)保持前后主、從電機(jī)功率均衡對(duì)稱分配，動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)整，由此實(shí)現(xiàn)主、從變頻器的同步運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到雙電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行的目的。

　　3.現(xiàn)場(chǎng)變頻器系統(tǒng)框圖，如圖(7)所示

　　圖(7)現(xiàn)場(chǎng)變頻器框架圖

　　4.現(xiàn)場(chǎng)功率平衡的解決方案

　　變頻器多機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)的功率平衡成為運(yùn)行中的控制重點(diǎn)。

　　HIVERT系列通用高壓變頻器采用光纖通訊，通訊速率達(dá)500kbps，足以應(yīng)付現(xiàn)場(chǎng)的通訊需求，并加入CRC校驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

　　HIVERT系列通用高壓變頻器，當(dāng)主機(jī)接收到正常啟動(dòng)信號(hào)后，主機(jī)啟動(dòng)變頻器，同時(shí)將運(yùn)行信號(hào)，運(yùn)行頻率及轉(zhuǎn)矩電流發(fā)送給從機(jī)，從機(jī)按照主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)正常啟動(dòng)、運(yùn)行、輸出轉(zhuǎn)矩的控制，從機(jī)本身具備轉(zhuǎn)矩電流的調(diào)節(jié)，同時(shí)將自身的轉(zhuǎn)矩電流與主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的轉(zhuǎn)矩電流做比較，從機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)整自身的運(yùn)行頻率，從而達(dá)到兩臺(tái)變頻器的功率平衡。主機(jī)的運(yùn)行界面如圖(8)所示；從機(jī)的運(yùn)行界面如圖(9)所示。

　　圖(8)主機(jī)運(yùn)行界面圖(9)從機(jī)運(yùn)行界面

五、總結(jié)

　　經(jīng)過(guò)變頻技術(shù)改造后皮帶機(jī)運(yùn)行良好，徹底實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)力皮帶輸送機(jī)的軟起、軟停運(yùn)行方式以及轉(zhuǎn)速和功率平衡雙閉環(huán)的調(diào)節(jié)，大大提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)和系統(tǒng)效率。改造后系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)載變化情況自動(dòng)調(diào)整輸出頻率和輸出力矩，改變了以前電機(jī)工頻恒速運(yùn)行的模式，在很大程度上節(jié)約了電力能源。經(jīng)過(guò)改造后的運(yùn)行，事實(shí)證明HIVERT系列通用高壓變頻器有著無(wú)法比擬的優(yōu)越的產(chǎn)品性能和無(wú)法超越的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，在煤炭行業(yè)的節(jié)能改造中應(yīng)用能夠創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益，對(duì)于創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型的社會(huì)發(fā)揮著重要的作用。