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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方案設計

皮帶機多機變頻調速系統的核心問題是皮帶系統中各電機的轉速和轉矩平衡問題。在實際應用中，根據現場工藝不同，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;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故障時，系統不停機，故障變頻器自動轉到工頻，控制器繼續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，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、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，不僅可實現變頻故障情況下自動由變頻轉換至工頻運行狀態，還可實現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定運行提供可靠保障(選配)

當其中某個單元出現故障后，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，一旦功率單元故障，旁路系統均能正確安全的旁路。

4.2 使用效果

使用HD92高壓變頻器后，根據現場實測空載啟動、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，完全滿足設計要求。實現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，實現皮帶機系統完美控制運行。

五、結束語

HD92高壓變頻器為匯川技術大傳動產品線開發生產的高性能高壓變頻器，其具備磁鏈閉環矢量控制算法，多個現場的使用表明，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。

深圳市匯川技術股份有限公司

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