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的高壓變頻器（矢量型）在煤礦皮帶機上的實際應用情況。該項目采用兩臺矢量型高壓變頻器拖動兩臺電機同時運行的方案。現場實際應用表明，此方案下，各電機實時轉速相等，電流一致性較好，滿足皮帶運行工況要求。

　　關鍵詞：煤礦皮帶機  矢量控制  主從控制  負載平衡  電流均衡

　　一、引言 

　　在大功率皮帶傳動場合，以往為了實現皮帶機的軟啟動，需要使用液力耦合器或者液力軟啟動器（CST），這類液力傳動設備維護工作量大，能耗高，已越來越不能滿足用戶的要求。隨著高壓變頻技術的不斷進步和完善，高壓變頻器已經逐步取代傳統液耦的位置，其在皮帶機上的應用也越來越廣泛。

　　本文主要結合深圳英威騰CHH100系列高壓變頻器在山西晉煤集團澤州天安圣鑫煤業皮帶機上的實際應用情況，對高壓變頻器在皮帶傳動場合的應用特點和注意事項進行簡要介紹。

　　二、皮帶機系統應用現場基本情況

　　山西晉煤集團澤州天安圣鑫煤業位于山西省晉城市澤州縣境內，年設計產煤量為60萬噸，屬于晉煤集團屬下的國有大企業的下屬企業，有自己的礦井和選煤廠等相關企業。  

　　圣鑫煤業皮帶機系統結構如圖1所示：單程皮帶長度560米，皮帶寬度1.5米。電機50Hz工頻運行時，皮帶最大速度為2米/秒。礦井傾斜角度15度。井口有兩臺電機同時運行拖動皮帶系統工作，兩臺電機銘牌參數相同。

　　圖 1礦井皮帶系統示意圖

　　井口兩臺電機銘牌中主要參數如表1所示。

　　表格 1電機參數

　　皮帶機主要由以下幾個部分組成：

　　1、皮帶機機頭，是礦井的出煤口。皮帶從井底拖運出來的煤經過機頭位置時，自動被拋卸到礦井煤場；

　　2、卸完煤后的空皮帶經過一個轉向輪，分別通過1#電機拖動的主動滾筒和2#電機拖動的從動滾筒后，皮帶在經過一個導向輪運行到井底完成一次運煤過程。1#電機、滾筒及導向輪的現場工況如圖2所示。2#電機、滾筒及導向輪的現場工況如圖3所示；　

        

　　3、在礦井的底部，裝有皮帶張緊系統，其主要作用是調節皮帶的松緊程度，防止皮帶過松導致的兩臺主動輪打滑現象或者重載溜車現象，以及皮帶過緊導致的皮帶異常損傷；

　　4、皮帶機制動與逆止保護裝置。皮帶機除了變頻器的保護系統外，還有自身的一些保護措施，如油壓制動系統，逆止裝置等。圖4展現了現場的油壓制動系統實況。在兩臺動力滾筒上各安裝了一套油壓剎車系統。在停車狀態或故障狀態下，兩臺油壓剎車處于制動狀態。正常生產時，剎車片處于松開狀態。圖5中藍色部件是皮帶機的逆止裝置，安裝在減速器的低速軸上。皮帶機出現重大故障，其它保護失效時，逆止裝置通過機械力阻止重載皮帶向下溜車。

 

　     
　　三、煤礦皮帶機變頻調速系統方案設計及運行效果分析

　　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、直接“一拖多”方案

　　此方案中，各電機定子繞組直接并聯，統一由一臺變頻器驅動。由于僅采用1臺變頻器，此方案具有成本低，占地小的特點。

　　此方案中，變頻器無法對各電機的轉矩進行獨立的控制，因此各電機的出力由電機參數和皮帶系統參數決定。其中，影響電機功率平衡的主要因素是電機的參數差異、電機動力滾筒的直徑誤差和皮帶包絡角差異。誤差越大，系統中電機的功率差異就越大。在沒有人為的設計差別的情況下，一般上述誤差都是生產中的加工誤差。電機動力滾筒的直徑誤差在初期生產中會引起電機功率誤差，但由于皮帶系統的物理特性，經過一段時間使用和磨損后，這一誤差將逐漸減小。

　　對于能夠可靠控制上述這些誤差的場合，可以采用此方案，這將大大降低變頻調速系統的采購價格。

　　電氣控制圖如下：

　　CHH100系列高壓變頻一拖二手動切換控制圖

　　2、多變頻器協調控制方案

　　在動力電機數量多，單個電機負載差異大，電機排列分散的復雜工況皮帶系統，一般可以采用多變頻器主從控制方案。現場每臺電機配置一臺變頻器，所有系統中的所有高壓變頻器由一臺主變頻器統一協調控制。該主變頻器通過對各變頻器運行狀態控制，協調各變頻器的運行指令，各變頻器根據該指令對各自的電機進行獨立的控制，使各電機轉速相同、出力相同。

　　四、高壓變頻器控制方式選擇

　　現場采用的CHH100系列高壓變頻器，控制方式可以根據實際工藝需要，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、負載波動較小的場合，矢量控制方式適用于重載啟動或負載波動較大的場合。

　　斜井皮帶機系統在正常啟動、運行過程中，啟動電流較小，負載波動也較小。但考慮到在事故恢復等特殊情況下，皮帶機需要在堆滿煤情況下重載啟動，因此需要選用“矢量控制”方式。

　　根據在現場情況CHH100高壓變頻器跟煤井供煤機和皮帶機逆止器做連鎖控制，當變頻器故障時供煤機連鎖停機（防止壓壞皮帶機）、皮帶機逆止器（防止打滑）。

　　五、現場高壓變頻調速系統基本情況

　　現場采用深圳英威騰CHH100系列高壓變頻調速系統，主從控制方式，配置兩臺高壓變頻器，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切換控制圖

　　變頻調速系統由用戶開關、手動切換旁路柜、CHH100系列高壓變頻器、高壓電機組成。一拖一手動切換旁路柜是由三個高壓隔離開關QS1、QS2、QS3組成。手動旁路柜嚴格

　　按照“五防”聯鎖要求設計，變頻器輸出QS2和旁路高壓隔離開關QS3機械閉鎖，完全能夠保證變頻調速系統安全運行。

　　1) 在變頻運行狀況下，QS1、QS2閉合，QS3斷開。

　　如需手動切換至工頻運行時，系統先停止變頻器輸出，斷開用戶開關，再由機械操作依次斷開QS1、QS2，然后機械操作閉合QS3，使電機切換至工頻側，再合上用戶開關，使電機工頻運行；

　　2) 在工頻旁路運行狀況下，QS3閉合，QS1、QS2斷開。

　　如需手動切換至變頻運行時，系統先斷開用戶開關，由機械操作斷開QS3，然后由機械操作依次閉合QS2、QS1，使電機切換至變頻側，再合上用戶開關。

　　主從控制方式介紹：

　　變頻器在多機隨動的情況下，此功能的實現方式是，把高壓變頻器的控制器通過高速通訊網絡組網，參數設置里，把需要隨動的變頻器設定為從，把需要電控系統來控制的變頻器設置為主。主從控制網絡示意圖如圖所示。主從控制方式中，可以控制同步啟停和功率平衡。

　　主從控制網絡

　　同步啟停：

　　同步啟停是在變頻器接收到外部控制系統發出的啟動或者停車信號后，主從控制網內的高壓變頻器同步的啟動或者停機。同步啟停在無主從控制功能的高壓變頻器多機隨動中是無法實現的。當控制系統把啟動或者停機指令發送給變頻器后，變頻器中的主變頻器立即執行改指令，并且把相應的指令通過高速通訊的方式發給從變頻器，使得主從變頻器同時啟動或者停機。

　　功率平衡：

　　變頻器在多機隨動的情況下，尤其是在鋼纜機和皮帶機這種負載條件下，負載重載啟動，且不能直接工頻啟動，直接工頻啟動的結果會造成皮帶的撕裂和鋼纜的跳槽和掉繩，并對設備產生難以恢復的傷害。在多機拖動時，電機的功率平衡成為運行過程中控制的重點。

　　變頻器自身通過主從控制可以實現功率平衡功能，但是用電控系統實現功率平衡也可以實現。變頻器實現功率平衡的方式是，通過高速通訊，把從變頻器的輸出功率報告給主變頻器，主變頻器分析判斷計算后，調整從變頻器的運行頻率，達到兩臺或者多臺變頻器輸出功率基本相一致。

　　六、結論

　　本文主要結合深圳英威騰CHH100系列高壓變頻器在山西晉煤集團澤州天安圣鑫煤業皮帶傳送機上的實際應用情況，對高壓變頻器在皮帶傳動場合的應用特點和注意事項進行了簡要的介紹，分析了皮帶傳動系統常用的變頻調速方案。

　　現場應用表明，通過合理選擇控制方案，能夠用較低的設備投入實現較好的皮帶調速控制效果。

　　參考文獻：

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

　　[2] 《高壓變頻調速技術工程實踐》 徐甫榮  中國電力出版社  2012-01出版