啟動柜

對于大功率變頻器（6kV系統(tǒng)適配電機功率≥2500kW / 10kV系統(tǒng)適配電機功率≥4000kW），系統(tǒng)增配啟動柜。啟動柜可以有效抑制變壓器上電瞬間的激磁涌流，防止引起上級電源柜速斷保護裝置動作，還可以為單元直流電容預(yù)充電。

 

變壓器

隔離變壓器為干式變壓器，采用強迫風(fēng)冷：原邊為星形接法，與進線高壓直接相連或通過啟動柜相連；副邊繞組為延邊三角形接法，繞組間有固定的相位差，通過電抗器為功率單元提供電源。

變壓器配有溫控儀，控制系統(tǒng)通過溫控儀實時監(jiān)控變壓器繞組溫度：當(dāng)變壓器繞組溫度較高時，系統(tǒng)發(fā)出輕故障報警并開啟變壓器底部風(fēng)機；當(dāng)溫度超過報警或跳閘設(shè)定值時，系統(tǒng)發(fā)出輕故障報警或跳閘信號。

 

功率單元

功率單元輸入端接變壓器二次線圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。

 

 

 

功率單元通過光纖接收信號，采用空間矢量正弦波脈寬調(diào)制（PWM）方式，控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。

 

 

控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由控制器、接口板和人機界面（包括柜門按鈕等）組成。

合康礦井皮帶機用高壓變頻器有HIVERT-YV和HIVERT-TV兩種系列。其中，HIVERT-YV適配異步電機，HIVERT-TV適配同步電機。這兩種系列變頻器均由移相變壓器、功率單元和控制系統(tǒng)（包括：控制器、接口板和人機界面）構(gòu)成。

大功率變頻器（6kV系統(tǒng)適配電機功率≥2500kW / 10kV系統(tǒng)適配電機功率≥4000kW）增配啟動柜。

1、無PG矢量控制方式

HIVERT-Y(T)V系列變頻器根據(jù)電機參數(shù)對電機實現(xiàn)無PG矢量控制方式，在全頻率段穩(wěn)定輸出正弦波電流。系統(tǒng)可以對勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進行控制，并具有動態(tài)響應(yīng)快、電機加速特性好等優(yōu)點。

 

2、低頻高轉(zhuǎn)矩輸出

HIVERT-Y(T)V系列變頻器具有對轉(zhuǎn)矩電流單獨控制的特點，使電機在低轉(zhuǎn)速下能夠輸出較大轉(zhuǎn)矩，滿足皮帶機對啟動轉(zhuǎn)矩的要求。

 

3、自動識別參數(shù)功能

對于無PG矢量控制方式下所需的電機相關(guān)數(shù)據(jù)，HIVERT-YV系列變頻器可通過“空載啟動”模式進行參數(shù)自動辨識。

 

4、電流閉環(huán)控制

在電機運行過程中，電流通過霍爾傳感器構(gòu)成閉環(huán)控制。HIVERT-Y(T)V系列變頻器電流調(diào)節(jié)器會自動調(diào)節(jié)變頻器輸出電流，以達到*快的電流響應(yīng)、*小的電流波動。

 

5、雙（多）機聯(lián)動控制功能

HIVERT-Y(T)V系列變頻器具有雙（多）機聯(lián)動控制功能。當(dāng)主機接收到外部啟動信號后，主機啟動，同時將主機數(shù)據(jù)（包括：啟停信號、運行頻率和轉(zhuǎn)矩電流）通過光纖實時通訊至從機；從機準(zhǔn)確跟蹤主機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，與主機保持同步。

對于軟性連接的聯(lián)動系統(tǒng)，從機具備轉(zhuǎn)速微調(diào)功能，可嚴(yán)格跟隨主機轉(zhuǎn)矩，以保證從機與主機功率平衡。

HIVERT-Y(T)V系列變頻器配置接收和發(fā)送兩個光纖通訊接口實現(xiàn)主從控制，因此，多機聯(lián)動系統(tǒng)內(nèi)所有變頻器均具有發(fā)送主機數(shù)據(jù)的功能，用戶可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活設(shè)置一臺變頻器為主機、其余變頻器為從機。

 

 

礦井皮帶機用高壓變頻器——HIVERT-Y(T)V系列

 

變頻器額定容量	250-12500kW/315-16000kVA※
額定電壓	6kV/10kV（-20%～+15%）※
額定頻率	50Hz/60Hz（-10%～10%）※
調(diào)制技術(shù)	矢量控制加空間矢量控制技術(shù)
控制電源	380VAC，1-20kVA(依功率等級而定)
輸入功率因數(shù)	>0.96
效率	>0.96 變頻部分>98%
輸出頻率范圍	0Hz～120Hz※
頻率分辨率	0.01Hz(0.00Hz-80.00Hz)，或0.002Hz
瞬時過流保護	200% 立即保護（可根據(jù)用戶要求定制）
過載能力	120% 2分鐘；150% 3秒；
限流保護	10%-150%設(shè)定
模擬量輸入	兩路4～20mA
模擬量輸出	四路4～20mA
上位通訊	隔離RS485接口，ModBus RTU; Profibus DP; 工業(yè)以太網(wǎng)規(guī)約（可選）
加減速時間	5秒～1600秒（與負載相關(guān)）
開關(guān)量輸入輸出	12入/13出（輸出可擴展）
運行環(huán)境溫度	-5～+45℃※
貯存/運輸溫度	-40～+70℃※
冷卻方式	強迫風(fēng)冷
環(huán)境濕度	<95%，不結(jié)露※
安裝海拔高度	<1000米，高于海拔1000米，每增加100米降額1%運行
粉塵	不導(dǎo)電、無腐蝕性，＜6.5mg/d ｍ３ ※
防護等級	IP30※
柜體顏色	PANTONE Cool Gray 1U ＆2915U（或根據(jù)用戶提供色標(biāo)定制）

※超出范圍請咨詢北京合康億盛變頻科技股份有限公司

礦用皮帶機異步

  

礦用皮帶機同步

  

• 皮帶運輸機
• 強力皮帶機
• 鋼絲繩牽引帶式輸送機
• 大傾角帶式輸送機
• 雙向運輸帶式輸送機
• 氣墊帶式輸送機

HIVERT系列通用高壓變頻器在礦山強力皮帶機上的應(yīng)用

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�，F(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。

 

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； 

 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)
 

 

皮帶機的構(gòu)成 

                                                                                                    圖(8) 主機運行界面                                            圖(9) 從機運行界面 

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(dāng)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。

 

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(yán)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

     

4.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?zhǔn)確性。

HIVERT系列通用高壓變頻器，當(dāng)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

 

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。