近年来，变频技术在我国有了很大发展，与传统的机械调速方式相比，其优越性日趋突出，具有控制精度高、调速和起动、制动性能优良、节能、可靠性高、免维护等优点，经济效益与社会效益显著，是带式输送机产品进行技术创新和产品升级、促进能源节约的重要手段之一，富通新能源不但生产销售皮带输送机而且还销售木屑颗粒机、秸秆压块机等机械设备。
1、带式输送机用变频调速装置现状
目前，应用在带式输送机的拖动与控制中的变频装置多为一些中小功率、低压变频器，市场上变频器的额定电压通常为380 V或660 V，1140 V的变频器应用的相对很少，其变频原理以PWM控制、第四代IGBT直接串连、6脉冲变流技术为主，虽变频技术较为成熟，可有效地改善和提高带式输送机运行性能，但所能控制的单台电机功率受到了限制，因此可以应用的带式输送机工况也有了很大的局限性，同时因变频而产生的谐波对电网以及各配套电气设备性能影响较大，甚至影响附近其他电器设备的正常工作，需加入各种抑制或吸收谐波的装置，控制环节多，直接影响到整机效率，无形增加了设备维护量。
一般而言，长运距、大倾角、大运量的带式输送机的传动方式往往比较复杂，驱动功率较大，多台电动机驱动，在需要进行软启动与软制动控制的同时，多台电机间也需要进行功率平衡，低压变频方式已不能适应拖动与控制的需要。随着以GTO、IGBT、IGCT为代表的自关断器件的发展，各种适合高压变频的主电路拓扑结构的研究进一步深入，高压大容量变频调速技术取得了突破性发展。因此，如何有效地直接利用高压变频技术对大功率带式输送机的调速驱动系统进行设计、改进，对提高整机动态稳定性及可靠性、减少故障率、节能降耗等方面将具有十分重要的现实意义。
2、高压交流变频调速装置技术指标的确定
通过对高压大容量的变频器结构特点分析，并结合带式输送机调速范围与精度、起动转矩等的要求，确定以下主要技术指标做为高压变频装置对带式输送机进行调速驱动的设计依据。
(1)高一高结构，即6 kV输入／输出，不需输出升压变压器，简化和减少变配电环节的设备，直接适用于6 kV电源系统。
(2)变频输出为单元串联移相式PWM方式，输出相电压至少为13电平，线电压至少为25电平。
(3) -体化设计，包括输入干式隔离变压器，变频器等所有部件及内部连线，可减少占地空间，提高效率，易于现场的管理维护。
(4)谐波抑制采用36脉冲整流输入，符合并优于IEEE519～1992及GB/T14519～93标准对电压失真和电流失真最严格的要求。
(5)不设滤波器变频器，实现输出正弦电流和电压波形，使用普通异步电机，且电机不得受到共模电压和dv/dt的影响。
(6)不设功率因数补偿装置，在20%～100%的负载变化情况内达到或超过o．95的功率因数。
(7)采用先进的无速度传感器矢量控制。
(8)功率单元和主控系统通讯采用光纤连接，具有高的通信速率和抗干扰能力，安全性好。
(9)起动转矩满足1 min200%(每lOmin)的转矩过载能力，适应带式输送机重载起动要求。
(10)具备功率单元自动旁路功能，旁路时间在250 ms以内，允许每相有不同的功率单元数量，并采用三相线电压平衡（中心点漂移技术），确保在功率单元故障情况下仍能正常工作，发挥功率单元最大输出能力。
3、具体设计应用研究
3.1 系统应用设计
根据以上特点，结合甘肃某煤矿主斜井带式输送机的设计参数，设计采用了高压变频调速技术，该机长度为1021 m、倾角达25。，运量Q=350 t／h，经综合考虑现场安装实际位置与特点，确定该机带速V=3. 15 mm/s，胶带为ST2500钢绳芯胶带，带宽B - 800 mm。传动装置为双电机，双滚筒驱动，采用两台额定输出功率为600 kW、以先进的矢量控制技术构成的高压变频调速装置对两台400 kW国产普通6 kV高压异步电机进行调速控制，其传动布置及系统构成如图1所示。
该机的主要结构特征为：高压电机与减速机之间为刚性联接，驱动单元占用空间小，容易布置，能量传递的环节少，使驱动系统的效率高，维护工作量小。高压柜系统采用KYN28A户内金属铠装抽出式金属封闭开关柜，1台进线柜采用双回路进线形式，满足煤矿主斜井供电要求，2台起动柜为分断2台变频器的6 kV电源主开关及变频器，实现对2台主电机的直接起动控制及保护，2台旁路柜作为2台电机接入变频电源或工频电源时的转换开关。
3.2控制系统设计
结合高压变频技术、计算机技术以及自动控制技术，并通过对现有控制设备的综合技术分析，设计研制了与驱动相适应的该带式输送机控制系统。该控制系统基于西门子S7-300型PLC逻辑控制，以嵌入式工控机系统为监控中心，用来完成整个系统的数据采集、设备控制、信息传输及全过程的可视化监控，有效解决以下技术难点。
(1)拖动电机的控制方式。由于该带式输送机为双电机、双滚筒驱动，因此，若两台电机的传动都作为独立的速度控制，则在运行时，两台电机的转矩难于调整。为了满足两台电机速度同步，又要两台电机的转矩平衡，把控制系统设计为一个速度环、两个电流环的主从控制结构。控制框图如图2所示。
(2)力矩平衡控制。由交流异步电动机的机械特性可知，同一型号和功率的两台电动机的机械特性相同，从理论上讲，负载在两台电机间平均分配，两台电动机各承担1／2的负载，但在实际中，由于各种误差的存在，负载在两电机间很难完全平均分配。
为解决两台电机的转矩和拖动功率平衡问题，采用了主从控制方式，主变频器按照皮带输送要求对整个系统进行速度控制，主变频器的速度调节器的输出作为转矩设定值，分派给主变频器和从变频器，取两台电动机在各自系统中的磁通值，把转矩给定值转换为电流给定值，进行各自的电流闭环调节，这不仅保证了两台电动机的出力一致，达到转矩平衡，而且与普通的U/F控制相比，将会获得很大的启动转矩。
(3)速度同步控制。由于采用了1台电机的速度计算值作为内部速度反馈信号，故首先从工艺上满足了速度的控制要求I又由于采用了转矩平衡控制（转矩给定为同一值，且采用闭环调节），使两台电机出力相同，故电机预达到的速度也是一致的。
(4)起动加速度控制。由于变频器的矢量控制技术及转矩控制功能和快速电流限制功能，使带式输送机获得了比较好的启制动加速度，优于现行的0. 1～0.3 带式输送机的起制动加速度值。
(5)运行速度控制。根据实际负载的大小来确定带式输送机的实际运行速度，即根据负荷的变化来调整系统速度给定信号。按照实际情况要求，设计采用了两种方式：分级给定和无级调速给定。
依据整个速度按煤量不同，分级给定结合带速、带强等可分为五级，即：满载、煤量大、煤量中、煤量小、验带。
无级调速给定采用PLC自动和手动无级给定两种形式，PLC自动无级给定控制，由PLC实际检测负载。当空载或煤量少时，带式输送机可以根据很低的速度维持运转，随着负荷的增加，给定速度相应增加，电机速度、胶带运转速度也相应增加，反之亦然。
(6) PLC软件设计。终端采用梯形图语言编写，为提高终端的抗干扰能力，软件设计中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施，保证控制操作的正确性和可靠性。程序设计采用模块化、功能化结构，便于维护、扩展。
(7)监控软件设计。采用MCGS全中文工业自动化控制组态软件，设计组建了优质高效的监控系统，用来完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势‘曲线和报表输出以及企业监控网络等功能，使带式输送机更加安全可靠的运转。
(8)带式输送机保护系统。按《煤矿安全规程》的要求，本系统设有沿线急停、温度、烟雾、纵向撕裂、煤位、跑偏、张紧限位、速度、断带，超温自动洒水等各种常规保护。此外，还设有主电机三相定子绕组温度、前后轴承温度、变频器的功率单元柜温度、隔离变压器温度、变频器故障、高压开关柜故障等各种故障保护功能。
4、应用情况
该6 kV高压变频调速带式输送机于2006年6月安装调试投入运行以来，运行情况良好，主要表现在以下几个方面。
(1)有效实现起动加速度控制、运行调速控制、力矩平衡控制及速度同步控制，转矩和速度控制精确平滑，保持皮带动态张力最小，起制动过程胶带无震颤，噪音低。
(2)整机结构合理，设备配置优化，有利于用户的现场管理和维护，降低了对电网的容量要求和无功损耗。
(3)对电网谐波污染极小，输入功率因数高，输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题的特性，不必加输出滤波器，就可以适用于由普通国产电机做为主驱动电机的各类带式输送机。图3为实测变频器输出电压电流波形。
(4)舒适型的操作、控制面板，可完成对系统监控及集控、就地、检修、手动等不同工况下的操作控制。
(5)完善的带式输送机各种故障检测及全面的故障监控功能。实现控制系统的自检、报警、信号记忆。
(6)通过多功能显示平台实现系统的实时数据和历史数据登录功能，以及系统各种运行参数／变量的中文显示。并建立故障排除系统，使用户在电脑系统的指引下逐步排除故障。
(7)由于采用了运行过程的分级和无级调速控制，可根据运煤量大小即时调整带速，提高了带式输送机的节能效率，适应国情，符合煤矿生产节能降耗的需求。
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