礦井皮帶機(jī)高壓變頻器(6kV/10kV)

 

 

啟動(dòng)柜

對(duì)于大功率變頻器（6kV系統(tǒng)適配電機(jī)功率≥2500kW / 10kV系統(tǒng)適配電機(jī)功率≥4000kW），系統(tǒng)增配啟動(dòng)柜。啟動(dòng)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(jí)電源柜速斷保護(hù)裝置動(dòng)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(qiáng)迫風(fēng)冷：原邊為星形接法，與進(jìn)線高壓直接相連或通過(guò)啟動(dòng)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(guò)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(guò)溫控儀實(shí)時(shí)監(jiān)控變壓器繞組溫度：當(dāng)變壓器繞組溫度較高時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出輕故障報(bào)警并開(kāi)啟變壓器底部風(fēng)機(jī)；當(dāng)溫度超過(guò)報(bào)警或跳閘設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出輕故障報(bào)警或跳閘信號(hào)。

 

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(guò)光纖接收信號(hào)，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(jī)界面（包括柜門(mén)按鈕等）組成。

合康礦井皮帶機(jī)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(jī)，HIVERT-TV適配同步電機(jī)。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(jī)界面）構(gòu)成。

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

1、無(wú)PG矢量控制方式

HIVERT-Y(T)V系列變頻器根據(jù)電機(jī)參數(shù)對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)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(duì)勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制，并具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、電機(jī)加速特性好等優(yōu)點(diǎn)。

 

2、低頻高轉(zhuǎn)矩輸出

HIVERT-Y(T)V系列變頻器具有對(duì)轉(zhuǎn)矩電流單獨(dú)控制的特點(diǎn)，使電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下能夠輸出較大轉(zhuǎn)矩，滿足皮帶機(jī)對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求。

 

3、自動(dòng)識(shí)別參數(shù)功能

對(duì)于無(wú)PG矢量控制方式下所需的電機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)，HIVERT-YV系列變頻器可通過(guò)“空載啟動(dòng)”模式進(jìn)行參數(shù)自動(dòng)辨識(shí)。

 

4、電流閉環(huán)控制

在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，電流通過(guò)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(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出電流，以達(dá)到*快的電流響應(yīng)、*小的電流波動(dòng)。

 

5、雙（多）機(jī)聯(lián)動(dòng)控制功能

HIVERT-Y(T)V系列變頻器具有雙（多）機(jī)聯(lián)動(dòng)控制功能。當(dāng)主機(jī)接收到外部啟動(dòng)信號(hào)后，主機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)將主機(jī)數(shù)據(jù)（包括：?jiǎn)⑼Ｐ盘?hào)、運(yùn)行頻率和轉(zhuǎn)矩電流）通過(guò)光纖實(shí)時(shí)通訊至從機(jī)；從機(jī)準(zhǔn)確跟蹤主機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，與主機(jī)保持同步。

對(duì)于軟性連接的聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，從機(jī)具備轉(zhuǎn)速微調(diào)功能，可嚴(yán)格跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩，以保證從機(jī)與主機(jī)功率平衡。

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

 

 

礦井皮帶機(jī)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(jí)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(shí)過(guò)流保護(hù)	200% 立即保護(hù)（可根據(jù)用戶要求定制）
過(guò)載能力	120% 2分鐘；150% 3秒；
限流保護(hù)	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(shí)間	5秒～1600秒（與負(fù)載相關(guān)）
開(kāi)關(guān)量輸入輸出	12入/13出（輸出可擴(kuò)展）
運(yùn)行環(huán)境溫度	-5～+45℃※
貯存/運(yùn)輸溫度	-40～+70℃※
冷卻方式	強(qiáng)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(yùn)行
粉塵	不導(dǎo)電、無(wú)腐蝕性，＜6.5mg/d ｍ３ ※
防護(hù)等級(jí)	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(qǐng)咨詢(xún)北京合康億盛變頻科技股份有限公司

礦用皮帶機(jī)異步

  

礦用皮帶機(jī)同步

  

• 皮帶運(yùn)輸機(jī)
• 強(qiáng)力皮帶機(jī)
• 鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)
• 大傾角帶式輸送機(jī)
• 雙向運(yùn)輸帶式輸送機(jī)
• 氣墊帶式輸送機(jī)

HIVERT系列通用高壓變頻器在礦山強(qiáng)力皮帶機(jī)上的應(yīng)用

引言

帶式輸送機(jī)是利用傳動(dòng)滾筒和輸送帶之間的摩擦力，驅(qū)動(dòng)輸送帶運(yùn)行的連續(xù)的運(yùn)輸設(shè)備。輸送帶既是牽引構(gòu)件又是承載構(gòu)件。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有大多數(shù)煤礦的皮帶輸送機(jī)一般都采用工頻拖動(dòng)，較少使用變頻器驅(qū)動(dòng)。由于電機(jī)長(zhǎng)期工頻運(yùn)行加之液力耦合器效率等問(wèn)題，造成皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行起來(lái)非常不經(jīng)濟(jì)；同時(shí)由于電機(jī)無(wú)法采用軟起軟停，在機(jī)械上產(chǎn)生劇烈沖擊，加速機(jī)械的磨損；還有皮帶、液力耦合器的磨損和維護(hù)等問(wèn)題都會(huì)給企業(yè)帶來(lái)很大數(shù)額的費(fèi)用問(wèn)題。這對(duì)于現(xiàn)在創(chuàng)建節(jié)能型社會(huì)是不相符合的，對(duì)煤礦企業(yè)的皮帶輸送機(jī)進(jìn)行變頻改造對(duì)節(jié)約社會(huì)能源、增加煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益都具有非�，F(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。隨著高壓變頻技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，其應(yīng)用范圍越來(lái)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(jī)上的實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)高壓變頻器在皮帶傳動(dòng)場(chǎng)合的應(yīng)用特點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

 

應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)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(tuán)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(qiáng)力皮帶機(jī)數(shù)據(jù)，如表(1)，兩臺(tái)拖動(dòng)電機(jī)數(shù)據(jù)一致，表(2)所示； 

 泰業(yè)煤礦礦井強(qiáng)力皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)圖

 

 

皮帶寬度	傾斜角度	皮帶速度	輸送長(zhǎng)度	輸送能力
1000mm	25°	2.5m/s	665m	600T/H

表(1) 強(qiáng)力皮帶機(jī)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(tái)拖動(dòng)電機(jī)數(shù)據(jù)
 

 

皮帶機(jī)的構(gòu)成 

                                                                                                    圖(8) 主機(jī)運(yùn)行界面                                            圖(9) 從機(jī)運(yùn)行界面 

煤礦皮帶機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

皮帶機(jī)多機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心問(wèn)題是皮帶系統(tǒng)中各電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩平衡問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(tái)變頻器同時(shí)拖動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，將各個(gè)電機(jī)定子繞組直接并聯(lián)在一臺(tái)變頻器輸出測(cè)；

“一拖二”方案中，變頻器無(wú)法對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行獨(dú)立的控制，因此各電機(jī)的出力由電機(jī)的參數(shù)和皮帶參數(shù)決定；其中，影響電機(jī)功率平衡的主要因素是電機(jī)的參數(shù)差異和拖動(dòng)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(jì)上及加工上的差異，但是當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)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(shí)候轉(zhuǎn)到拖到滾筒上，就會(huì)使拖動(dòng)滾筒直徑變大；誤差越大，系統(tǒng)中電機(jī)的功率差異就會(huì)越大。

采用“一拖二”方案有以下三個(gè)弊端；一是變頻器不能有效的分配兩臺(tái)電機(jī)的功率；二是需要用戶經(jīng)常清理拖動(dòng)滾筒的煤渣及雜物；三是變頻器不能有效的保護(hù)每一臺(tái)電機(jī)；

2.“雙機(jī)聯(lián)動(dòng)”方案

此方案采用兩臺(tái)變頻器分別拖動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)，將各個(gè)電機(jī)定子繞組直接分別接在兩臺(tái)變頻器輸出測(cè)；

雙機(jī)聯(lián)動(dòng)同步運(yùn)行變頻系統(tǒng)是由完全獨(dú)立的兩臺(tái)變頻器通過(guò)主、從機(jī)的同步通訊方式保證雙電機(jī)的轉(zhuǎn)速、以及功率平衡的。兩臺(tái)電機(jī)中任意一臺(tái)都可作為主機(jī)，另一臺(tái)為從機(jī)。

雙機(jī)拖動(dòng)方案中，變頻器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩都能獨(dú)立控制，主從變頻器通訊采用光纖通訊，抗干擾能力強(qiáng)，通訊速率快，用戶可不必清理拖動(dòng)滾筒的煤渣及雜物，變頻器主從之間可以自動(dòng)來(lái)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(chǎng)應(yīng)用情況

1.變頻器的選擇

綜合現(xiàn)場(chǎng)工藝要求，由于現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)力皮帶機(jī)無(wú)負(fù)力，故采用雙臺(tái)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(jī)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)

雙機(jī)聯(lián)動(dòng)（主從控制）同步運(yùn)行變頻系統(tǒng)是由完全獨(dú)立的兩臺(tái)或者多臺(tái)變頻器通過(guò)主、從機(jī)的同步通訊方式保證雙電機(jī)的轉(zhuǎn)速、以及功率平衡的。兩臺(tái)電機(jī)中任意一臺(tái)都可作為主機(jī)，另一臺(tái)為從機(jī)，主從機(jī)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(shí)現(xiàn)的。同步控制的傳輸介質(zhì)為光纖通訊；此種雙機(jī)通訊方式無(wú)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(jiǎn)單的安裝操作及設(shè)置就可實(shí)現(xiàn)雙（多）機(jī)同步運(yùn)行。

主、從電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)由工況引起的功率不對(duì)稱(chēng)分配，某臺(tái)電機(jī)出力嚴(yán)重超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定功率，而另一臺(tái)電機(jī)則會(huì)過(guò)度輕載運(yùn)行。主、從電機(jī)非同步運(yùn)行很容易造成運(yùn)行設(shè)備的損壞。且長(zhǎng)期運(yùn)行后，超載運(yùn)行的電機(jī)也會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)載保護(hù)、過(guò)流現(xiàn)象或停機(jī)等事故發(fā)生。為避免功率分配的不對(duì)稱(chēng)出現(xiàn)，HIVERT高壓變頻器通過(guò)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(jī)的超載功率部分及時(shí)平衡到輕載電機(jī)上，實(shí)時(shí)保持前后主、從電機(jī)功率均衡對(duì)稱(chēng)分配，動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)整，由此實(shí)現(xiàn)主、從變頻器的同步運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到雙電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行的目的。

3. 現(xiàn)場(chǎng)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(jī)運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)的功率平衡成為運(yùn)行中的控制重點(diǎn)；

HIVERT系列通用高壓變頻器采用光纖通訊，通訊速率達(dá)500kbps，足以應(yīng)付現(xiàn)場(chǎng)的通訊需求，并加入CRC校驗(yàn)，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(jī)接收到正常啟動(dòng)信號(hào)后，主機(jī)啟動(dòng)變頻器，同時(shí)將運(yùn)行信號(hào)，運(yùn)行頻率及轉(zhuǎn)矩電流發(fā)送給從機(jī)，從機(jī)按照主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)正常啟動(dòng)、運(yùn)行、輸出轉(zhuǎn)矩的控制，從機(jī)本身具備轉(zhuǎn)矩電流的調(diào)節(jié)，同時(shí)將自身的轉(zhuǎn)矩電流與主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的轉(zhuǎn)矩電流做比較，從機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)整自身的運(yùn)行頻率，從而達(dá)到兩臺(tái)變頻器的功率平衡。主機(jī)的運(yùn)行界面如圖(8)所示；從機(jī)的運(yùn)行界面如圖(9)所示；

  

                                                                                                    圖(8) 主機(jī)運(yùn)行界面                                            圖(9) 從機(jī)運(yùn)行界面

 

總結(jié)

經(jīng)過(guò)變頻技術(shù)改造后皮帶機(jī)運(yùn)行良好，徹底實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)力皮帶輸送機(jī)的軟起、軟停運(yùn)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(fù)載變化情況自動(dòng)調(diào)整輸出頻率和輸出力矩，改變了以前電機(jī)工頻恒速運(yùn)行的模式，在很大程度上節(jié)約了電力能源；經(jīng)過(guò)改造后的運(yùn)行，事實(shí)證明HIVERT系列通用高壓變頻器有著無(wú)法比擬的優(yōu)越的產(chǎn)品性能和無(wú)法超越的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)；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(jì)效益和良好的社會(huì)效益，對(duì)于創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型的社會(huì)發(fā)揮著重要的作用。