東莞明電VT710多電機(jī)高壓驅(qū)動在煤礦主井皮帶運(yùn)輸機(jī)上的應(yīng)用
山西汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司是2000年8月由汾西礦務(wù)局改制的國有獨資公司，企業(yè)成立于1956年，是山西省人民政府授權(quán)經(jīng)營的國有重點煤炭企業(yè)。公司擁有資產(chǎn)總額46億元，現(xiàn)有職工40623人，礦區(qū)人口約十六萬。
枊灣礦是汾西礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司的主力生產(chǎn)礦井。井田面積為106.8平方公里，煤層總厚11.89米。 枊灣礦現(xiàn)有保有儲量9.83億噸，可采儲量4.2億噸（其中焦煤1.9億噸，肥煤2.3億噸）。
本項目為新柳煤礦主礦井的原煤產(chǎn)量提升至400萬噸的技改項目。
2.原有系統(tǒng)裝置概述
主井皮帶原采用2臺高壓電機(jī)拖動，整套系統(tǒng)工作是由2臺315kW/6kV高壓異步電動機(jī)并聯(lián)拖動。
主井皮帶是柳灣煤礦的中樞，一旦皮帶機(jī)不能正常工作，將造成全礦停產(chǎn)，不但影響生產(chǎn)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，而且會引起嚴(yán)重的社會影響。
原有系統(tǒng)采用交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)。該調(diào)速系統(tǒng)屬于有級調(diào)速，調(diào)速的平滑性差；低速時機(jī)械特性較軟，靜差率較大；電阻上消耗的轉(zhuǎn)差功率大，節(jié)能較差；起動過程和調(diào)速換擋過程中電流沖擊大；中高速運(yùn)行震動大，安全性較差。該調(diào)速系統(tǒng)在解決電機(jī)間同步，以及出力不均的問題時能力明顯不足。機(jī)械磨損和老化問題日趨嚴(yán)重，性能逐年降低，故障率增加，設(shè)備維修難度大;整個系統(tǒng)效率低，調(diào)速范圍有限，穩(wěn)定性差。
3. 變頻調(diào)速新系統(tǒng)裝置概述
主井皮帶采用3臺高壓電機(jī)拖動，整套系統(tǒng)工作是由3臺710kW/6kV高壓異步電動機(jī)并聯(lián)拖動。其中兩臺電機(jī)同軸拖動同一滾筒，另一電機(jī)單獨驅(qū)動另一滾筒，皮帶運(yùn)輸機(jī)傳動系統(tǒng)如圖1所示。
該系統(tǒng)不僅要求3臺速度同步，而且3臺負(fù)荷分配要均衡一致，如圖2所示。
綜合以上因素，甲方考慮采用高壓變頻調(diào)速裝置驅(qū)動皮帶系統(tǒng)，但是，由于目前國內(nèi)外高壓變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域主要在風(fēng)機(jī)水泵等變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用方面，很少有恒轉(zhuǎn)矩重載設(shè)備驅(qū)動的實例，而重載多單元同步控制的成功應(yīng)用更是幾乎沒有，新柳煤礦非常慎重，經(jīng)過綜合考查了國內(nèi)外多家變頻廠商，同各方面專家進(jìn)行了多次的研討，最終確認(rèn)了日本明電舍的VT710高壓變頻器驅(qū)動裝置的系統(tǒng)方案。圖２為皮帶運(yùn)輸機(jī)高壓變頻器驅(qū)動系統(tǒng)圖。
?。▓D１皮帶運(yùn)輸機(jī)傳動系統(tǒng)圖）
?。▓D２皮帶運(yùn)輸機(jī)高壓變頻器驅(qū)動系統(tǒng)圖。）
?。▓D３ 高壓變頻器系統(tǒng)圖）
（圖四 運(yùn)行中高壓變頻器外觀圖）
4. 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制概述
鑒于復(fù)雜的現(xiàn)場情況，如：電機(jī)特性曲線存在差異、輥筒直徑制造差異、輥筒及皮帶的磨損差異、以及輥筒表面的附著差異等，我們建立以輥筒的一致性線速度為給定、以功率平衡分配為最終控制對象，構(gòu)成速度和電流雙閉環(huán)主輔同步控制系統(tǒng)，采用VT710 的轉(zhuǎn)矩自動平衡控制模式，以達(dá)到理想的同步控制效果。
同時,VT710根據(jù)電流反饋實時計算轉(zhuǎn)矩，并依靠其高速的系統(tǒng)響應(yīng)，建立了優(yōu)化的從動電機(jī)跟隨模型, 根據(jù)負(fù)載的變化和實際速度的變化，動態(tài)調(diào)整速度輸出和功率輸出，使3臺電機(jī)的功率平衡分配，線速度一致，達(dá)到高精度的同步控制。
以皮帶的工作速度V 為基礎(chǔ)，中控室通過RS-485給3 臺變頻器發(fā)送轉(zhuǎn)速指令，通過轉(zhuǎn)矩自動平衡控制模式，VT710 能夠自動調(diào)整3 臺電機(jī)的平衡轉(zhuǎn)矩輸出點，在角速度n1、n2、n3不同的情況下，使得電機(jī)功率P1≈P2≈P3、同時輥筒線速度V1≈V2≈V3。
本系統(tǒng)如圖3所示，采用多單元同步控制系統(tǒng)，考慮到煤礦的現(xiàn)場情況和控制距離, 在設(shè)備機(jī)頭設(shè)有本地/遙控轉(zhuǎn)換開關(guān)，既可實現(xiàn)本地控制, 也可遠(yuǎn)程遙控。3臺變頻器之間通過開放的RS-485串行通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。在運(yùn)行中，可以在控制室通過工控機(jī)對3臺高壓變頻器同時給定同步速度，實現(xiàn)良好的同步關(guān)系。
高壓變頻器系統(tǒng)圖如圖３所示。
運(yùn)行中的高壓變頻器如圖4所示。
5.VT710高壓變頻器特性
（1）滿載時，包括移相變壓器在內(nèi)的變頻調(diào)速系統(tǒng)效率≥97%；
（2）功率因數(shù)≥95%；
（3）滿足中國諧波相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；
（4）適用6000V 普通異步電機(jī)；
（5）近似全數(shù)字PWM脈寬調(diào)制技術(shù)；
（6）全功率范圍段的MCU控制；
（7）PWM輸出電壓波形控制在VDC內(nèi)；
（8）直接矢量閉環(huán)控制模式，控制精度萬分之一；
（9）在閉環(huán)矢量控制模式下，VT710的控制范圍是1:100，即以50Hz為基頻，其控制范圍可到0.5Hz。在開環(huán)情況下，VT710的控制范圍也
可達(dá)到1:10，也就是5Hz；
（10）電流跟蹤和磁通補(bǔ)償功能；
（11）主要功能：轉(zhuǎn)差補(bǔ)償,電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí),瞬停再啟動,多段速,重拾,高效運(yùn)行，比例聯(lián)動,頻率跳躍；
（12）保護(hù)功能:過電流限制,過電壓限制,過負(fù)荷預(yù)警,過電流跳閘,過電壓跳閘，CELL功率單元故障跳閘,過負(fù)荷跳閘,接地故障跳閘,過
熱跳閘,其它；
（13）顯示:輸出頻率，電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)電流，輸出電壓，電機(jī)輸出功率，各功率單元DC電壓，運(yùn)行時間，故障查詢，變頻器溫度，其它。
6.VT710變頻調(diào)速系統(tǒng)與交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)的比較
6.1 VT710與電機(jī)串電阻調(diào)速相比，有以下突出特點：
(1)起動性能優(yōu)越
變頻器采用速度閉環(huán)控制，調(diào)速精度高，啟動轉(zhuǎn)矩可以做到等于最大輸出轉(zhuǎn)矩；即使在零速也可以達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩。串電阻調(diào)速起動過程和調(diào)速換擋過程中電流沖擊大。
(2)系統(tǒng)效率高
變頻器輸出直接和電機(jī)相連接，效率高；繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，電阻上消耗大量的轉(zhuǎn)差功率,效率極低。
(3)負(fù)載特性良好
變頻器負(fù)載可以在很大的范圍來調(diào)節(jié)；繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速范圍有限。
(4)維護(hù)成本低
變頻器的運(yùn)行成本和維護(hù)成本卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)比串電阻調(diào)速低。串電阻調(diào)速的日常維護(hù)比變頻器工作量大，維護(hù)成本高。
6.2變頻器系統(tǒng)和繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻系統(tǒng)綜合比較
變頻器系統(tǒng)和繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻系統(tǒng)綜合比較如附表所示。
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