引言
帶式輸送機是利用傳動滾筒和輸送帶之間的摩擦力，驅(qū)動輸送帶運行的連續(xù)的運輸設(shè)備。輸送帶既是牽引構(gòu)件又是承載構(gòu)件。
國內(nèi)現(xiàn)有大多數(shù)煤礦的皮帶輸送機一般都采用工頻拖動，較少使用變頻器驅(qū)動。由于電機長期工頻運行加之液力耦合器效率等問題，造成皮帶運輸機運行起來非常不經(jīng)濟；同時由于電機無法采用軟起軟停，在機械上產(chǎn)生劇烈沖擊，加速機械的磨損；還有皮帶、液力耦合器的磨損和維護等問題都會給企業(yè)帶來很大數(shù)額的費用問題。這對于現(xiàn)在創(chuàng)建節(jié)能型社會是不相符合的，對煤礦企業(yè)的皮帶輸送機進行變頻改造對節(jié)約社會能源、增加煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益都具有非常現(xiàn)實的經(jīng)濟意義和社會意義。隨著高壓變頻技術(shù)的不斷進步和完善，其應(yīng)用范圍越來越廣泛。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)煤礦皮帶機上的實際應(yīng)用情況，對高壓變頻器在皮帶傳動場合的應(yīng)用特點和注意事項進行簡要介紹。
一、 應(yīng)用現(xiàn)場的基本情況
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；強力皮帶機數(shù)據(jù)，如表(1)，兩臺拖動電機數(shù)據(jù)一致，表(2)所示。
圖(1) 泰業(yè)煤礦外景
圖(2) 泰業(yè)煤礦礦井強力皮帶機結(jié)構(gòu)圖
| 皮帶寬度 |
傾斜角度 |
皮帶速度 |
輸送長度 |
輸送能力 |
| 1000mm |
25° |
2.5m/s |
665m |
600T/H |
表(1) 強力皮帶機的數(shù)據(jù)
| 功率 |
額定電壓 |
額定電流 |
功率因數(shù) |
額定轉(zhuǎn)速 |
| 450kW |
10000V |
32.2A |
0.86 |
1485r/min |
表(2) 雙臺拖動電機數(shù)據(jù)
二、 皮帶機的構(gòu)成
1. 拖動電機電機1和電機2 ，如圖(3)
圖(3) 電機M1和M2
2. 拖動滾筒和逆止器，如圖(4)
圖(4) 滾筒和逆止器
3. 盤形制動器，如圖(5)
圖(5) 盤形制動器
4. 運輸強力皮帶，如圖(6)
圖(6) 強力皮帶
三、 煤礦皮帶機變頻調(diào)速系統(tǒng)方案設(shè)計
皮帶機多機變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心問題是皮帶系統(tǒng)中各電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩平衡問題。在實際應(yīng)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直接并聯(lián)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(zhuǎn)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(luò)角差異；正常情況下，包絡(luò)角的大小只存在設(shè)計上及加工上的差異，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(zhuǎn)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”方案有以下三個弊端；一是變頻器不能有效的分配兩臺電機的功率；二是需要用戶經(jīng)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臺電機。
2. “雙機聯(lián)動”方案
此方案采用兩臺變頻器分別拖動兩臺電機，將各個電機定子繞組直接分別接在兩臺變頻器輸出測。
雙機聯(lián)動同步運行變頻系統(tǒng)是由完全獨立的兩臺變頻器通過主、從機的同步通訊方式保證雙電機的轉(zhuǎn)速、以及功率平衡的。兩臺電機中任意一臺都可作為主機，另一臺為從機。
雙機拖動方案中，變頻器對電機的轉(zhuǎn)矩都能獨立控制，主從變頻器通訊采用光纖通訊，抗干擾能力強，通訊速率快，用戶可不必清理拖動滾筒的煤渣及雜物，變頻器主從之間可以自動來調(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)場應(yīng)用情況
1. 變頻器的選擇
綜合現(xiàn)場工藝要求，由于現(xiàn)場強力皮帶機無負力，故采用雙臺合康HIVERT系列通用高壓變頻器。變頻器輸出數(shù)據(jù)，如表(3)
| 變頻器功率 |
額定電壓 |
額定電流 |
輸出頻率 |
| 630kW |
10000V |
48A |
0～50Hz |
表(3)變頻器數(shù)據(jù)
2. 合康變頻器雙機聯(lián)動控制技術(shù)
雙機聯(lián)動（主從控制）同步運行變頻系統(tǒng)是由完全獨立的兩臺或者多臺變頻器通過主、從機的同步通訊方式保證雙電機的轉(zhuǎn)速、以及功率平衡的。兩臺電機中任意一臺都可作為主機，另一臺為從機，主從機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”實現(xiàn)的。同步控制的傳輸介質(zhì)為光纖通訊；此種雙機通訊方式無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，只需要簡單的安裝操作及設(shè)置就可實現(xiàn)雙（多）機同步運行。
主、從電機在運行過程中，系統(tǒng)會出現(xiàn)由工況引起的功率不對稱分配，某臺電機出力嚴重超過電動機的額定功率，而另一臺電機則會過度輕載運行。主、從電機非同步運行很容易造成運行設(shè)備的損壞。且長期運行后，超載運行的電機也會出現(xiàn)過熱、過載保護、過流現(xiàn)象或停機等事故發(fā)生。為避免功率分配的不對稱出現(xiàn)，HIVERT高壓變頻器通過內(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的超載功率部分及時平衡到輕載電機上，實時保持前后主、從電機功率均衡對稱分配，動態(tài)自動調(diào)整，由此實現(xiàn)主、從變頻器的同步運轉(zhuǎn)，達到雙電動機同步運行的目的。
3. 現(xiàn)場變頻器系統(tǒng)框圖，如圖(7)所示
圖(7) 現(xiàn)場變頻器框架圖
4. 現(xiàn)場功率平衡的解決方案
變頻器多機運行過程中，電機的功率平衡成為運行中的控制重點。
HIVERT系列通用高壓變頻器采用光纖通訊，通訊速率達500kbps，足以應(yīng)付現(xiàn)場的通訊需求，并加入CRC校驗，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。
HIVERT系列通用高壓變頻器，當主機接收到正常啟動信號后，主機啟動變頻器，同時將運行信號，運行頻率及轉(zhuǎn)矩電流發(fā)送給從機，從機按照主機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)正常啟動、運行、輸出轉(zhuǎn)矩的控制，從機本身具備轉(zhuǎn)矩電流的調(diào)節(jié)，同時將自身的轉(zhuǎn)矩電流與主機發(fā)送過來的轉(zhuǎn)矩電流做比較，從機會自動調(diào)整自身的運行頻率，從而達到兩臺變頻器的功率平衡。主機的運行界面如圖(8)所示；從機的運行界面如圖(9)所示。
圖(8) 主機運行界面 圖(9) 從機運行界面
五、 總結(jié)
經(jīng)過變頻技術(shù)改造后皮帶機運行良好，徹底實現(xiàn)了強力皮帶輸送機的軟起、軟停運行方式以及轉(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)負載變化情況自動調(diào)整輸出頻率和輸出力矩，改變了以前電機工頻恒速運行的模式，在很大程度上節(jié)約了電力能源。經(jīng)過改造后的運行，事實證明HIVERT系列通用高壓變頻器有著無法比擬的優(yōu)越的產(chǎn)品性能和無法超越的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，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)濟效益和良好的社會效益，對于創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型的社會發(fā)揮著重要的作用。
