前言：北京利德華福電氣技術有限公司作為國內最大的高壓變頻器生產企業，產品已成功應用于電力、冶金、石化、水泥等行業，2009年隨著利德華福矢量控制、能量回饋技術的完善，產品也已成功應用于煤礦行業的提升機、皮帶機、切片機等多個類型的負載。此次在煤礦皮帶機上的成功應用，不僅標志著利德華福的技術已經達到國內外領先水平，也標志著利德華福從此全面進入煤礦市場，進一步奠定其在高壓變頻行業內第一的地位。本文詳細介紹了利德華福高壓變頻器在煤礦皮帶機的應用特點、原理及其重要性。
摘要：本文主要介紹了北京利德華福電氣技術有限公司研發的高壓變頻器在煤礦皮帶機上的實際應用情況。該項目采用單臺高壓變頻器拖動兩臺電機同時運行的直接“一拖多”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、一拖多、直接并聯、轉速轉矩、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，其應用范圍越來越廣泛。本文主要結合北京利德華福公司的HARSVERT-VA系列高壓變頻器在伊犁雙新焦化廠煤礦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、 應用現場皮帶機系統基本情況
雙新焦化廠地處新疆伊犁市新源縣境內，年設計產煤量為60萬噸，屬于兵團經營的國有大企業的下屬企業，有自己的礦井和火力發電廠等相關企業。 雙新焦化廠礦井結構如圖（1）所示：單程皮帶長度846米，皮帶寬度1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。
|
額定電壓
|
額定電流
|
額定功率
|
絕緣等級
|
變頻范圍(HZ)
|
|
10000V
|
16.1A
|
220kW
|
F
|
10~50
|
表（1） 電機銘牌參數
皮帶系統主要由以下幾部分組成：
（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。實際現場工況見圖（2）
圖（2）皮帶機頭出煤實況
（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（3）所示。2#電機、滾筒及導向輪的現場工況如圖（4）所示。
圖（3） 1#電機、滾筒及導向輪
圖（4） 2#電機、滾筒及導向輪
（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（5）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（6）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。
圖（5） 油壓剎車系統
.png)
圖（6） 逆止器
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。
（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協調控制方案。
現場每臺電機配置一臺變頻器，所有系統中的高壓變頻器由一臺獨立的“協調控制系統”統一協調控制。該協調控制系統通過對各變頻器反饋的電機運行狀態，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HARSVERT-VA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。
五、 現場高壓變頻調速系統基本情況
現場采用北京利德華福公司生產的HARSVERT-VA系列矢量控制高壓變頻調速系統，其銘牌參數如表（2）所示，其現場照片見圖（7）。
|
額定電壓
|
額定電流
|
額定功率
|
變頻范圍
|
過載能力
|
控制方式
|
|
10kV
|
40A
|
560kW
|
0~50Hz
|
200% 60秒
|
無速度傳感器矢量控制
|
表（2） 高壓變頻器銘牌參數
.png)
圖（7） 現場變頻器
變頻調速系統采用“一拖二”工頻自動旁路，如圖（8）所示。工頻旁路主回路系統由3個隔離開關QS1-QS3和5個真空接觸器KM1-KM5組成，KM4與KM5分別與KM2、KM3進行電氣互鎖。
當1#電機和2#電機同時變頻運行時，KM1、KM2和KM3閉合，同時QS1,QS2，QS3閉合。當1#電機和2#電機同時工頻運行時，KM4、KM5閉合，同時KM1，KM2，KM3斷開。檢修變頻器時，要求QS1，QS2，QS3斷開，使變頻器系統處于安全狀態，保證檢修人員的人身安全。變頻器具有本地/遠程兩種控制方式，即真空接觸器的分合操作可以由遠程控制系統統一協調控制，也可以在本地手動操作。
.png)
圖（8） 變頻器“一拖二”工頻旁路方案
雙新焦化廠皮帶機系統較為簡單，電機數量少，兩臺電機的負載差異很小，兩動力滾筒直徑只存在少量加工誤差，因此我們采用了直接“一拖多”變頻方案。成功投運后，我們在重載工況下對兩臺負載電機電流進行了監測分析，發現實際電機電流誤差很小。電流波形如圖（9）所示，圖中由上至下依次 為變頻器輸出電流、1#電機電流、2#電機電流。
圖（9）電機電流和變頻器電流
六、 結論
本文主要結合北京利德華福公司的HARSVERT-VA系列高壓變頻器在伊犁雙新焦化廠煤礦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。
