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1引言

皮帶機在煤礦上的使用非常普遍，特別是在一些大型煤礦上。皮帶機上的皮帶是一個(gè)彈性體，在靜止或運行時(shí)皮帶內貯藏了大量的能量，在皮帶機啟動(dòng)過(guò)程中，如果不加設軟啟動(dòng)裝置，皮帶內貯藏的能量將很快釋放出去，在皮帶上形成張力波并迅速沿著(zhù)皮帶傳輸出去。過(guò)大的張力波極易引起皮帶被撕斷，因此，《煤礦安全規程》規定，帶式輸送機必須加設軟啟動(dòng)裝置。隨著(zhù)高壓變頻技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，在新建煤礦中，新上皮帶機設備優(yōu)先考慮采用變頻調速控制。

2用戶(hù)情況介紹

轉龍灣（鄂爾多斯）煤礦屬兗礦集團下屬的煤礦，是新建煤礦，主井皮帶機用來(lái)由井下向地面運煤，皮帶機為3臺電機同時(shí)聯(lián)動(dòng)拖動(dòng)，皮帶機有關(guān)數據如表1所示。

主井皮帶機是全礦的流程中樞，一旦皮帶機不能正常工作，將造成全礦停產(chǎn)，且會(huì )造成巨大經(jīng)濟損失。另外高壓變頻器須安裝在環(huán)境相當惡劣，煤灰比較重，粉塵大的場(chǎng)合。因此要求高壓調速系統具有極高的可靠性、穩定性、防護性，變頻器應具有矢量控制功能，滿(mǎn)足皮帶機重載啟動(dòng)，應解決多電機運行中的多機速度協(xié)調配合控制問(wèn)題，應使多臺電機在運作中出力均勻。

經(jīng)過(guò)對國內外各種高壓變頻器調研、比較，轉龍灣煤礦領(lǐng)導選擇了新風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-1200P型（1200kW/10kV）高壓變頻器作為皮帶機的控制設備。皮帶機配備3臺高壓變頻器控制。

3  皮帶機變頻控制方案

3.1 拖動(dòng)電機的控制方式

由于帶式輸送機的三臺電機中，三臺電機的控制方式不是獨立而是彼此相互關(guān)聯(lián)的。為了保證整個(gè)系統速度同步，確保三臺電機的轉矩平衡，新風(fēng)光公司采用自主研發(fā)的主從控制功能，這樣一臺變頻器為主機控制模式，其余二臺為從機控制模式，跟隨主電機的速度同步運行，同時(shí)以主電機的轉矩輸出為依據，保證三臺電機之間實(shí)現轉矩平衡。

制動(dòng)系統推薦采用機械或其他方式制動(dòng)，變頻器本身未作特殊的考慮。但是，變頻器提供軟停機功能，停機時(shí)，先把帶式輸送機速度調下來(lái)，當速度降到一定值時(shí)，再把變頻器退出，制動(dòng)器抱閘。

3.2新風(fēng)光JD-BP38-1200P高壓變頻器基本性能

根據現場(chǎng)情況，需要使用高壓變頻器實(shí)現皮帶系統的軟啟動(dòng)和調速運行，要求變頻器矢量控制技術(shù)，滿(mǎn)足皮帶機重載啟動(dòng)、主從電機轉矩均衡控制等功能，要求變頻器具有高可靠性。轉龍灣煤礦選用新風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的3臺JD-BP38-1200P高壓變頻器，對皮帶傳動(dòng)系統進(jìn)行控制。該系列高壓變頻器具有以下特點(diǎn)：

（1）采用完美無(wú)諧波的單元串聯(lián)多電平拓撲結構，具有較低的電網(wǎng)電流諧波，滿(mǎn)足電網(wǎng)對電能質(zhì)量的嚴格要求，輸出線(xiàn)電壓為33電平，無(wú)需使用輸出濾波器，可采用普通異步電動(dòng)機。

（2）采用無(wú)速度傳感器矢量控制方式，啟動(dòng)力矩大，并有效避免由于負載波動(dòng)導致的變頻器過(guò)流故障。

（3）配置轉矩協(xié)調功能可實(shí)現對多電機驅動(dòng)系統的轉矩實(shí)時(shí)均衡控制。

（4）可配置2倍以上電流過(guò)載能力，可滿(mǎn)足大慣量系統的重載啟動(dòng)要求。

（5）風(fēng)光高壓變頻器對電網(wǎng)電壓的適應范圍寬（－65％～115％Un），采用單元故障自動(dòng)旁路、星點(diǎn)漂移技術(shù)、工頻旁路、瞬時(shí)停電再啟動(dòng)功能、相間短路等多項完善的保護功能技術(shù)，提高了抗電網(wǎng)波動(dòng)和負載擾動(dòng)能力，大大提高產(chǎn)品在煤礦皮帶機應用現場(chǎng)的可靠性。

新風(fēng)光電子有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-1200P 高壓變頻器(1200kW/10kV）技術(shù)參數如表2所示。

4皮帶機變頻主回路接線(xiàn)圖

現場(chǎng)采用3套新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-1200P高壓變頻調速系統，根據用戶(hù)要求，變頻器控制系統主從控制，采用“一拖一”控制。為防止變頻器檢修或故障對生產(chǎn)的影響，高壓變頻器配置手動(dòng)工頻旁路。3臺高壓變頻器主回路接線(xiàn)方式相同，以其中一臺裝置為例說(shuō)明，一次接線(xiàn)如圖1所示：

圖1   手動(dòng)旁路柜一次回路圖

旁路柜中，共有3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用機械互鎖操動(dòng)機構，實(shí)現機械互鎖。當K1、K2閉合，K3斷開(kāi)時(shí)，電機變頻運行；當K1、K2斷開(kāi)，K3閉合時(shí)，電機工頻運行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái)，便于檢修、維護和調試。

旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖， DL合閘時(shí)，絕對不允許操作旁路隔離開(kāi)關(guān)與變頻輸出隔離開(kāi)關(guān)，以防止出現拉弧現象，確保操作人員和設備的安全。

故障分閘：將變頻器“高壓分斷”信號與旁路柜“變頻投入”信號串聯(lián)后，并聯(lián)于高壓開(kāi)關(guān)分閘回路。在變頻投入狀態(tài)下，當變頻器出現故障時(shí)，分斷變頻器高壓輸入；旁路投入狀態(tài)下，變頻器故障分閘無(wú)效。

保護：保持原有對電機的保護及其整定值不變。

5 主從控制

此方案采用3臺變頻器分別拖動(dòng)3臺電機，將各個(gè)電機定子繞組直接分別接在相應變頻器輸出測；3臺電機變頻系統是由完全獨立的3臺變頻器通過(guò)主、從機的同步通訊方式保證3臺電機的轉速以及功率平衡。3臺電機中任意一臺都可作為主機，另外2臺為從機。三機拖動(dòng)方案中，變頻器對電機獨立控制，變頻器主從之間可以自動(dòng)來(lái)調整變頻器輸出功率一致。

三機主從控制過(guò)程如下：

根據用戶(hù)要求，現場(chǎng)采用3臺1200kW變頻器分別控制3臺1000kW高壓電機，如圖2所示，如果選用1#變頻器為主變頻器（控制1#電機），2#變頻器、3#變頻器為從變頻器（分別控制2#電機、3#電機），由操作臺發(fā)給主變頻器給定頻率值，主從變頻器之間采用ModBus總線(xiàn)通信，1#變頻器作為主控，檢測1#、2#、3#電機的運行電流，發(fā)出輸出轉矩給定值，控制2#、3#變頻器同步運行。通過(guò)對3臺變頻器的輸出電流進(jìn)行采樣比較，通過(guò)改變2#、3#機的控制信號，使其始終跟隨1#機而變化。例如，當2#電機的電流大于1#電機時(shí)，降低2#變頻器的給定信號，從而使2#電機轉速降低，負荷減輕，電流變小；當2#電機的電流小于1#電機時(shí)，提高2#變頻器的給定信號，從而使2#電機轉速升高，負荷加大，電流變大。最終使3個(gè)電機負荷基本一致，電流在允許的范圍內。

圖2皮帶機變頻器主從控制簡(jiǎn)圖

6皮帶機變頻電控系統的工作過(guò)程

皮帶電控系統控制原理如圖3所示。

圖3皮帶電控系統控制原理

（1）起車(chē)時(shí)，皮帶電控首先對皮帶系統傳送過(guò)來(lái)的信號進(jìn)行判斷，如跑偏、堆煤、縱撕、急停閉鎖等，若各信號正常才能進(jìn)入下一程序；其次，根據皮帶機頭各傳感器返回的信號檢測制動(dòng)閘及各開(kāi)關(guān)狀態(tài)是否正常；最后，判斷皮帶張力是否在允許啟動(dòng)范圍內。

（2）當皮帶機各部分都處于正常狀態(tài)，具備起車(chē)條件，才會(huì )發(fā)出啟動(dòng)信號。當發(fā)出起車(chē)指令后，變頻器起動(dòng)。操作臺發(fā)出變頻運行信號，變頻器按操作臺給定的運行信號輸出頻率和電壓變化的電源，控制電機按給定的“S”形曲線(xiàn)軟啟。

（3）與此同時(shí)，操作臺發(fā)出指令使抱閘打開(kāi)，并檢測抱閘是否完全打開(kāi)。若抱閘未打開(kāi)或未完全打開(kāi)，將關(guān)閉運行信號，同時(shí)給變頻器抱閘信號使變頻器急停，防止變頻器因堵轉而出現過(guò)流跳閘。

（4）當皮帶達到額定速度，電控系統實(shí)時(shí)檢測皮帶速度與滾筒速度，當二者速度差值超過(guò)規定值，緊急停車(chē)，并發(fā)出打滑報警信號。

（5）系統實(shí)時(shí)檢測電機溫度、減速器溫度、軸承溫度、皮帶張力、電機電流、抱閘狀態(tài)、變頻狀態(tài)、PROMOS狀態(tài)等，當任一項指標或狀態(tài)不正常時(shí)，系統緊急停車(chē)并報警。

7采用高壓變頻器對皮帶機進(jìn)行驅動(dòng)的效果

變頻器2015年9月調試完畢投入使用至今，沒(méi)有發(fā)生故障停機，運行狀態(tài)良好。皮帶機采用變頻器后，具體來(lái)說(shuō)，有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）真正實(shí)現了皮帶機軟啟動(dòng)。通過(guò)電機慢速啟動(dòng)帶動(dòng)皮帶機緩慢啟動(dòng)，將膠帶內部貯存的能量緩慢釋放，可將輸送機啟停時(shí)產(chǎn)生的沖擊減至最小，幾乎對膠帶不造成損害。

（2）降低膠帶帶強。由于變頻器啟動(dòng)時(shí)間可以在1～3600s內調整，皮帶機啟動(dòng)時(shí)間通常在60～120s內根據現場(chǎng)情況設定。由于降低了啟動(dòng)沖擊，機械系統的損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒壽命大大延長(cháng)。

（3）實(shí)現了皮帶機3臺電機驅動(dòng)時(shí)的轉矩平衡。電機驅動(dòng)時(shí)采用主從控制方式，實(shí)現轉矩平衡。

（4）驗帶功能。低速驗帶功能是皮帶機檢修的要求。變頻調速系統為無(wú)級調速的交流傳動(dòng)系統，在空載驗帶狀態(tài)下可調整0～100%額定帶速范圍內的任意帶速。

（5）平穩的重載啟動(dòng)。變頻器低頻運轉可輸出2.2倍額定力矩，適于重載啟動(dòng)。

（6）節能。對應于煤礦的特殊生產(chǎn)條件，有時(shí)，煤的產(chǎn)量是極不均勻的，當然皮帶機系統的運煤量也是不均勻的，在負載輕或無(wú)負載時(shí)，皮帶機系統的高速運行對機械傳動(dòng)系統的磨損浪費較為嚴重，同時(shí)電能消耗也較低速運行大得多，但因生產(chǎn)的需要皮帶機系統又不能隨時(shí)停車(chē)，可根據生產(chǎn)情況控制變頻器降速或升速。對于載荷不均的皮帶機系統，可節約電能、降低皮帶的磨損。

8結束語(yǔ)

皮帶機的驅動(dòng)系統采用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的JD-BP38系列高壓變頻器后，保證了運輸皮帶的穩定運行，配合自動(dòng)控制系統有效解決了皮帶運輸過(guò)程中的跑偏、堆煤、超溫等問(wèn)題，提高了皮帶機的自動(dòng)化控制水平。現場(chǎng)應用表明，利用技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠的高壓變頻調速系統拖動(dòng)煤礦皮帶機，可大大提高皮帶機自動(dòng)化控制水平，降低現場(chǎng)維護量，帶來(lái)可觀(guān)的效益，值得大力推廣。