|
北京利德華福電氣技術有限公司
摘要：介jie紹shao山shan西xi泰tai山shan隆long安an煤mei礦kuang主zhu井jing皮pi帶dai機ji采cai用yong自zi動dong控kong製zhi平ping台tai實shi現xian高gao壓ya變bian頻pin調tiao速su技ji術shu的de理li論lun依yi據ju及ji其qi調tiao速su係xi統tong的de設she計ji，提ti出chu高gao壓ya變bian頻pin調tiao速su在zai皮pi帶dai機ji應ying用yong的de技ji術shu優you點dian，以yi及ji實shi際ji運yun行xing效xiao果guo。
關鍵詞：高壓變頻器 皮帶機 煤礦
一、前言
山西煤炭運銷集團泰山隆安煤業有限公司設計為年產120萬噸兼並重組整合礦井，井田位於山西忻州保德縣城東南部、橋頭鎮北部。礦區麵積為20.3196平方公裏，礦井生產能力120萬t /a，采煤方法為綜采一次采全高，全部垮落法管理頂板；礦井采用中央分列式通風係統，主斜井、副斜井進風，回風斜井回風；礦井通風方式為機械抽出式，最終產品為精煤、煤泥和矸石。
泰山隆安煤礦主斜井兼顧運煤和進風作用，淨斷麵為12.17平方米，主井皮帶設計長度為380米，帶寬為1米，傾斜角為-15度。皮帶由兩台高壓電機拖動，實現煤礦運輸到地麵的工作任務。皮帶機配合自動控製係統及信號係統，實現主井皮帶運輸係統的高效、穩定、安全運行。
二、 皮帶機采用高壓變頻調速技術的理論依據
1.1 皮帶機簡介
皮帶機是皮帶輸送機的簡稱，皮帶機運用輸送帶的連續或間歇運動來輸送各種輕重不同的物品，既可輸送各種散料，也可輸送各種紙箱、baozhuangdaidengdanjianzhongliangbudadejianhuo，yongtuguangfan。pidaishusongjikeyijiangwuliaozaiyidingdeshusongxianshang，congzuichudegongliaodiandaozuizhongdexieliaodianjianxingchengyizhongwuliaodeshusongliucheng。zaigongyeshengchanzhong，pidaishusongjikeyongzuoshengchanjixieshebeizhijiangouchenglianxushengchandeniudai，yishixianshengchanhuanjiedelianxuxinghezidonghua，tigaoshengchanlvhejianqinglaodongqiangdu，juyoushusongliangda、結構簡單、維修方便、部件標準化等優點。所以帶式輸送機廣泛應用於現代化的各種工業企業中。
礦山的井下巷道、礦井地麵運輸係統、露天采礦場及選礦廠中，都廣泛應用帶式輸送機。皮帶機設備特點：pidaijishusongpingwen，wuliaoyushusongdaimeiyouxiangduiyundong，nenggoubimianduishusongwudesunhuai。zaoyinjiaoxiao，shiheyugongzuohuanjingyaoqiubijiaoanjingdechanghe。jiegoujiandan，bianyuweihu。nenghaojiaoxiao，shiyongchengbendi。
1.2 皮帶機工作原理及變頻電機控製
帶式輸送機由輸送帶、托輥、滾筒及驅動、製動、張緊、電控、保護、改向、裝載、卸載、清掃等裝置組成。其主要部分有：輸送帶、托輥、滾筒、主電機、減速器、逆止器、抱閘係統、張緊裝置、導向輪、電控台、皮帶保護。
皮帶機工作原理圖如下：
圖1.2帶式輸送機實圖
皮帶輸送機的主要參數：一般根據物料搬運係統的要求、物料裝卸地點的各種條件、有關的生產工藝過程和物料的特性等來確定各主要參數。
皮(pi)帶(dai)機(ji)的(de)動(dong)力(li)來(lai)源(yuan)於(yu)電(dian)機(ji)轉(zhuan)動(dong)，兩(liang)台(tai)高(gao)壓(ya)異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)通(tong)過(guo)減(jian)速(su)機(ji)拖(tuo)動(dong)滾(gun)筒(tong)轉(zhuan)動(dong)，皮(pi)帶(dai)緊(jin)密(mi)纏(chan)繞(rao)滾(gun)筒(tong)，皮(pi)帶(dai)與(yu)其(qi)之(zhi)間(jian)摩(mo)擦(ca)力(li)保(bao)證(zheng)皮(pi)帶(dai)前(qian)進(jin)以(yi)輸(shu)送(song)物(wu)品(pin)。大(da)部(bu)分(fen)煤(mei)礦(kuang)主(zhu)井(jing)皮(pi)帶(dai)機(ji)使(shi)用(yong)兩(liang)台(tai)高(gao)壓(ya)電(dian)機(ji)拖(tuo)動(dong)皮(pi)帶(dai)運(yun)行(xing)，兩(liang)台(tai)電(dian)機(ji)型(xing)號(hao)與(yu)參(can)數(shu)一(yi)致(zhi)，協(xie)調(tiao)運(yun)行(xing)以(yi)保(bao)證(zheng)正(zheng)常(chang)生(sheng)產(chan)，同(tong)時(shi)兩(liang)台(tai)電(dian)機(ji)也(ye)可(ke)以(yi)單(dan)獨(du)運(yun)行(xing)。在(zai)設(she)備(bei)出(chu)現(xian)一(yi)台(tai)故(gu)障(zhang)的(de)時(shi)候(hou)或(huo)者(zhe)生(sheng)產(chan)任(ren)務(wu)少(shao)的(de)時(shi)候(hou)，單(dan)台(tai)運(yun)行(xing)也(ye)可(ke)以(yi)保(bao)證(zheng)生(sheng)產(chan)的(de)繼(ji)續(xu)。
煤礦主井皮帶機控製係統包括：顯示係統、人機操作係統、安全保護係統、信號處理係統。顯示係統可以保障現場技術人員清楚地了解皮帶係統各個機構的運行情況及監視運行設備和保護設備的實時數據；人機操作係統，可以方便技術人員安全、正確的操作皮帶係統的各個執行機構，以完成安全輸送煤炭的任務；安全保護係統可以監測皮帶係統各個部分的運行狀態，檢測各種保護數據，完成皮帶係統的保護工作，保證皮帶及人員的安全、穩定、正確運行，主要包括溫度保護、煙霧保護、（超溫）自動灑水裝置（保護）、防滑保護、堆煤保護、防跑偏裝置（保護）等；信號處理係統可以保證顯示係統、人機操作係統、安全保護係統協調工作，完成係統之間的通訊、連接工作。現場使用控製係統見下圖：圖1.3。
圖1.3 皮帶機控製係統
控製係統通過信號采集裝置或者通訊裝置，將現場采集的各種信號（數字量信號和模擬量信號），輸入到控製係統的PLC和安全保護裝置，進行綜合采集和計算。控製係統可以監視和控製與皮帶係統相關的所有機械及電氣機構（包括高壓變頻器），實現皮帶運輸係統的自動化控製。
控製係統、接收各種信號並進行分析，如果符合緊急停機要求，控製係統會在很短的時間進行安全保護動作，自動保障現場人員及設備的安全；完成現場皮帶運輸設備數據時刻顯示和記錄，並可以傳輸到上級管理部門，實現工廠自動化生產的需要。
現場工作人員通過操作台工作指示燈和屏幕顯示，可以很好的監控皮帶運輸係統的各個機構，在短時間內精確了解設備的工作情況；可以方便的進行皮帶運輸係統的啟動、停止、操控等操作。
電機作為皮帶係統的動力來源，是皮帶運輸過程中的關鍵設備，電機需要有良好的運動性能，包括：良好的啟動停止；平穩的運行；持久的工作壽命；jiandanfangbianderichangweihudeng。chuantongdiandongjidetiaosuyibanyouliangzhongfangshi，bianjitiaosuhezhuanzichuandianzutiaosu。bianjitiaosushiyoujitiaosu，tiaosufanweizhai，qidonglijuxiao，qidongdianliuda。zhuanzichuandianzutiaosuxingnengsuiyousuogaibian，dandianzuyaoxiaohaodaliangdianneng，xiaolvdi，nenghaogao。xinxingdebianpintiaosuxitongchuleyongyougaodetiaosuxingnengzhiwai，haijuyougaodexiaolvhejienengxiaoguo。zhuanzichuandianzutiaosutedian：有較高的起動轉矩、低速時的特性非常軟。換擋時對機械的衝擊大、無法精確定位。無法提供反力矩、效率低、能耗大。變頻調速方式：控製變頻器輸出頻率調速特點：有高的起動轉矩、輸出特性好。無級調速、能精確定位。能提供反力矩、效率高，能耗低。現場使用電機如下圖：圖1.4
圖1.4 皮帶機電機驅動係統
三、高壓變頻調速係統的裝置設計
3.1 高壓變頻器係統原理
根gen據ju生sheng產chan工gong藝yi的de要yao求qiu，高gao壓ya電dian機ji的de負fu載zai設she備bei在zai生sheng產chan過guo程cheng中zhong必bi須xu進jin行xing調tiao速su。調tiao速su方fang式shi有you中zhong間jian環huan節jie調tiao速su和he高gao壓ya電dian機ji本ben身shen調tiao速su之zhi分fen。按an照zhao電dian機ji學xue的de基ji本ben原yuan理li，已yi知zhi交jiao流liu異yi步bu電dian動dong機ji的de轉zhuan速su表biao達da式shi為wei： n=(1-s)60f/p式中： s-滑差； p-電機極對數； f -電機供電頻率。由上述公式可以看出，隻要改變滑差s、或者電機極對數p、或者電機運行頻率f，都可以達到調整電機本身速度的目的。
HARSVERT-VA係列高壓變頻調速係統采用功率單元串聯多電平技術，屬高－高電壓源型變頻器。變頻器主要由移相變壓器、功率模塊和控製器三部分組成。一般現場應用還輔以旁路櫃、開關櫃等。變頻器輸入側采用多重化移相變壓器實現隔離和諧波抵消。無須功率因數補償、諧波抑製裝置，多脈衝整流技術的應用使得變頻器電網側諧波可滿足IEEE519-1992標準和GB/T14549-93標準。變頻器輸出采用多個功率單元移相式PWM波形輸出串聯疊加，得到多電平高壓，實現較低的輸出電壓諧波、共模電壓和dv/dt。無須附加輸出濾波裝置，不會對電機的絕緣、軸承造成損害，可直接驅動普通鼠籠式、繞線式異步電機和同步電機。
圖2.1. 10kV變頻器係統結構圖
圖2.1是變頻器係統結構示意圖。其中，DSP控製器、新型一體化計算機和PLC一起構成變頻器的控製和信號處理係統。此三者相互分工和協調，使變頻調速係統獲得最佳控製性能。
變頻器主要由移相變壓器、功率單元和控製器組成。
3.2 北京利德華福高壓變頻調速係統優點
由於采用了高性能DSP芯片和新型一體化計算機，在秉承HARSVERT-A係列產品完美無諧波、高可靠性、功率/電壓等級覆蓋範圍廣、控製接口靈活等優良品質的基礎上，HARSVERT-VA係列無速度傳感器矢量控製高壓變頻調速產品能夠實現功能更為豐富、性能更高的高壓大容量交流傳動控製。目前，HARSVERT-VA係列無速度傳感器矢量控製產品的性能指標為：調速範圍100:1，穩態轉速精度0.5%，動態轉矩響應時間小於200ms，啟動轉矩150%額定轉矩，基本達到國際先進水平。
圖2.2 北京利德華福高壓變頻器
目前，HARSVERT-VA係列高壓變頻調速係統具有以下功能：
（1） 恒壓頻比控製
（2） 無速度傳感器矢量控製
（3） 速度閉環矢量控製
（4） 電機參數自動整定
（5） 高壓掉電恢複自動重啟
（6） 旋轉啟動
3.3 皮帶機變頻係統設計
圖2.3 皮帶機雙電機係統
圖2.3為山西泰山隆安煤礦現運行的係統結構圖，皮帶機由兩台電機拖動，由於目前煤層開采深度小，皮帶長度沒有達到設計最大。
pidaijiduojibianpintiaosuxitongdehexinwentishipidaixitongzhonggedianjidezhuansuhezhuanjupinghengwenti。zaishijiyingyongzhong，genjuxianchanggongyibutong，keyixuanzebutongdebianpinkongzhifangan。1.“一拖二”方案：此方案是采用一台變頻器同時拖動兩台電機運行，將各個電機定子繞組直接並聯在一台變頻器輸出側。“一拖二”方案中，變頻器無法對電機的轉矩進行獨立的控製，因此各電機的出力由電機的參數和皮帶參數決定；其中，影響電機功率平衡的主要因素是電機的參數差異和拖動滾筒及皮帶的包絡角差異；zhengchangqingkuangxia，baoluojiaodedaxiaozhicunzaishejishangjijiagongshangdechayi，danshidangxitongzhengchangyunxinghou，youyutishengdehuowushichaoshide，pidaizaixiehuowuhou，shangmianrengcanliuyixiemeizha，zheshihouzhuandaotuodaoguntongshang，jiuhuishituodongguntongzhijingbianda；誤差越大，係統中電機的功率差異就會越大。采用“一拖二”方案有以下三個弊端；一是變頻器不能有效的分配兩台電機的功率；二是需要用戶經常清理拖動滾筒的煤渣及雜物；三是變頻器不能有效的保護每一台電機。2.“雙機聯動”fangancifangancaiyongliangtaibianpinqifenbietuodongliangtaidianji，jianggegedianjidingziraozuzhijiefenbiejiezailiangtaibianpinqishuchuce。shuangjiliandongtongbuyunxingbianpinxitongshiyouwanquandulideliangtaibianpinqitongguozhu、從機的同步通訊方式保證雙電機的轉速、以(yi)及(ji)功(gong)率(lv)平(ping)衡(heng)的(de)。兩(liang)台(tai)電(dian)機(ji)中(zhong)任(ren)意(yi)一(yi)台(tai)都(dou)可(ke)作(zuo)為(wei)主(zhu)機(ji)，另(ling)一(yi)台(tai)為(wei)從(cong)機(ji)。雙(shuang)機(ji)拖(tuo)動(dong)方(fang)案(an)中(zhong)，變(bian)頻(pin)器(qi)對(dui)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)矩(ju)都(dou)能(neng)獨(du)立(li)控(kong)製(zhi)，主(zhu)從(cong)變(bian)頻(pin)器(qi)通(tong)訊(xun)采(cai)用(yong)光(guang)纖(xian)通(tong)訊(xun)，抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)強(qiang)，通(tong)訊(xun)速(su)率(lv)快(kuai)，用(yong)戶(hu)可(ke)不(bu)必(bi)清(qing)理(li)拖(tuo)動(dong)滾(gun)筒(tong)的(de)煤(mei)渣(zha)及(ji)雜(za)物(wu)，變(bian)頻(pin)器(qi)主(zhu)從(cong)之(zhi)間(jian)可(ke)以(yi)自(zi)動(dong)來(lai)調(tiao)整(zheng)變(bian)頻(pin)器(qi)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)速(su)及(ji)功(gong)率(lv)一(yi)致(zhi)。
主(zhu)機(ji)采(cai)用(yong)轉(zhuan)速(su)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)，從(cong)機(ji)采(cai)用(yong)跟(gen)隨(sui)主(zhu)機(ji)轉(zhuan)矩(ju)和(he)跟(gen)隨(sui)主(zhu)機(ji)轉(zhuan)速(su)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)。兩(liang)台(tai)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)分(fen)別(bie)獨(du)立(li)拖(tuo)動(dong)兩(liang)台(tai)高(gao)壓(ya)電(dian)機(ji)，兩(liang)台(tai)變(bian)頻(pin)器(qi)之(zhi)間(jian)有(you)通(tong)訊(xun)電(dian)纜(lan)，實(shi)現(xian)兩(liang)台(tai)電(dian)機(ji)的(de)協(xie)調(tiao)控(kong)製(zhi)，變(bian)頻(pin)器(qi)主(zhu)回(hui)路(lu)電(dian)路(lu)圖(tu)如(ru)下(xia)圖(tu)2.4.
圖2.4 變頻係統主回路示意圖
四、皮帶機采用變頻調速的使用效果
與yu傳chuan統tong的de調tiao速su方fang式shi相xiang比bi，高gao壓ya變bian頻pin器qi對dui交jiao流liu電dian動dong機ji進jin行xing交jiao流liu控kong製zhi有you許xu多duo優you勢shi，如ru節jie能neng，容rong易yi實shi現xian對dui現xian有you電dian動dong機ji的de調tiao速su控kong製zhi，可ke以yi實shi現xian大da範fan圍wei內nei的de高gao效xiao連lian續xu調tiao速su控kong製zhi，容rong易yi實shi現xian電dian動dong機ji的de正zheng反fan轉zhuan切qie換huan，可ke以yi進jin行xing高gao頻pin度du的de起qi停ting運yun轉zhuan，可ke以yi進jin行xing電dian氣qi製zhi動dong，可ke以yi對dui電dian動dong機ji進jin行xing高gao速su驅qu動dong，可ke以yi適shi應ying各ge種zhong工gong作zuo環huan境jing，可ke以yi用yong一yi台tai變bian頻pin器qi對dui多duo台tai電dian動dong機ji進jin行xing調tiao速su控kong製zhi，電dian源yuan功gong率lv因yin數shu大da，所suo需xu電dian源yuan容rong量liang小xiao，可ke以yi組zu成cheng高gao性xing能neng的de控kong製zhi係xi統tong等deng等deng。
主(zhu)井(jing)皮(pi)帶(dai)機(ji)是(shi)全(quan)礦(kuang)的(de)流(liu)程(cheng)中(zhong)樞(shu)，一(yi)旦(dan)皮(pi)帶(dai)機(ji)不(bu)能(neng)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)，將(jiang)造(zao)成(cheng)全(quan)礦(kuang)停(ting)產(chan)，且(qie)會(hui)造(zao)成(cheng)巨(ju)大(da)經(jing)濟(ji)損(sun)失(shi)。經(jing)實(shi)際(ji)運(yun)行(xing)發(fa)現(xian)，使(shi)用(yong)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)皮(pi)帶(dai)機(ji)有(you)以(yi)下(xia)優(you)點(dian)：
（1）高壓變頻器具有高可靠性、穩定性、防護性；
（2）高壓變頻器能夠對2台電機的同軸同步軟啟動，軟停止功能。起動、停止能按所設定的皮帶特性曲線運行。在運行過程中能夠自動地實現轉差調節和功率平衡調節；
（3） 變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)力(li)矩(ju)不(bu)小(xiao)於(yu)電(dian)動(dong)機(ji)額(e)定(ding)力(li)矩(ju)，可(ke)使(shi)電(dian)機(ji)能(neng)輸(shu)出(chu)超(chao)過(guo)額(e)定(ding)起(qi)動(dong)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)矩(ju)。滿(man)足(zu)負(fu)載(zai)變(bian)化(hua)大(da)的(de)承(cheng)受(shou)能(neng)力(li)和(he)煤(mei)炭(tan)壓(ya)帶(dai)時(shi)的(de)再(zai)起(qi)動(dong)的(de)能(neng)力(li)；
（4）滿足煤礦電控係統的功能接口和監控要求；
（5）皮pi帶dai運yun輸shu機ji在zai煤mei量liang不bu大da和he在zai安an裝zhuang皮pi帶dai的de情qing況kuang下xia要yao求qiu降jiang速su運yun行xing，不bu需xu要yao滿man負fu荷he運yun行xing。利li用yong高gao壓ya變bian頻pin器qi根gen據ju實shi際ji情qing況kuang對dui電dian機ji進jin行xing調tiao速su，既ji符fu合he工gong藝yi要yao求qiu，又you達da到dao節jie能neng降jiang耗hao目mu的de；
（6）變頻器啟動過程平穩，無衝擊，體積小，好搬運；
（7）調速係統分開，單台電機單獨控製；
（8）電機滿載時，變頻調速係統效率≧96％；
（9）變頻器輸入側功率因數≧95％（大於20%負載時）；
（10）變頻器輸入諧波小於4%；
（11）變頻器自保護功能：過電流限製，過電壓限製，過負荷預警，過電流跳閘，功率單元故障跳閘，過負荷跳閘，接地故障跳閘，過熱跳閘等；
（12）變頻器數據顯示：輸出頻率，電機轉速，輸入輸出電流，輸入輸出電壓，電機輸出功率，運行時間，故障查詢，變頻器溫度等；
（13）電機在啟動和調節過程中，轉速平穩變化，電流沒有任何衝擊，消除了大啟動電流對電機、傳動係統和主機的衝擊應力，大大降低了日常的維護保養費用。
五、結束語
beijinglidehuafugaoyabianpintiaosujishuzaitaishanlonganpidaijideshijianyingyongbiaomingdianjizaipeibeigaoyabianpinqihoudadajiangdilerichangdeweihubaoyangfeiyong，qudelejiaohaodeyunxingxiaoguo，tigaolemeikuangshengchandezidonghuashengchanshuiping。youcikejian，gaoyabianpintiaosujishuzaimeikuangpidaijishiyongduiqitapidaijishebeijinxingbianpingaizaoqidaoleshifanzuoyong。
參考文獻
1. 高壓大功率變頻器技術原理與應用 倚鵬 主編 人民郵電出版社，2008.2第一版
2. 北京利德華福高壓變頻調速調速係統產品手冊 北京利德華福電氣技術有限公司
|
