一、引言

開元煤礦隸屬于陽煤集團(tuán)，年產(chǎn)煤量300萬噸，目前共有3個(gè)采煤面，其中9711工作面首次采用3300V自動(dòng)化綜合采煤系統(tǒng)，日產(chǎn)煤量3200噸左右（約普通1140V采煤面2倍）。開元煤礦綜采工作面走向長(zhǎng)度約為5千米，如果刮板機(jī)維護(hù)不到位，造成刮板機(jī)鏈條拉伸，在生產(chǎn)過程中鏈條很容易過負(fù)荷拉斷，影響安全生產(chǎn)，在選擇使用成套智能控制系統(tǒng)，采用3300V三電平變頻技術(shù)在綜采工作面大功率裝機(jī)輸送設(shè)備上的使用，很大程度上減少了刮板機(jī)運(yùn)行中的故障，提高了工作面生產(chǎn)設(shè)備的有效開機(jī)率，確保了安全高效生產(chǎn)。

圖1 陽煤集團(tuán)開元煤礦

陽煤集團(tuán)開元煤礦9711工作面刮板機(jī)配置兩臺(tái)3300V/700kW異步電動(dòng)機(jī)，機(jī)頭機(jī)尾各一臺(tái)，選用深圳市英威騰電氣股份有限公司研發(fā)生產(chǎn)的GD3000 3300V系列三電平組合變頻調(diào)速系統(tǒng)，產(chǎn)品型號(hào)為GD3000-01-3*1250G-33，采用一主一從一備用的功率平衡控制方式，高性能的三電平變頻系統(tǒng)解決了刮板機(jī)重載啟動(dòng)困難，電動(dòng)機(jī)易燒毀、斷鏈斷齒等問題，GD3000 3300V產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)且啟停平穩(wěn)，能夠滿足交流電機(jī)在任意負(fù)荷狀況下啟停車，從根本上解決這一問題，同時(shí)增加了設(shè)備的使用壽命。

二、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及運(yùn)行工況分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)（見表1）

2.2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工況

表1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)表

圖2 3300V3*1250kW防爆變頻器現(xiàn)場(chǎng)圖片

3300V3*1250kW防爆變頻器如圖2所示，其中前運(yùn)刮板機(jī)（俗稱工作溜）采用兩臺(tái)3300V異步電動(dòng)機(jī)主從驅(qū)動(dòng)，為保證輸出功率平衡，一般將從機(jī)作為機(jī)頭，主機(jī)作為機(jī)尾。防爆變頻器內(nèi)三臺(tái)3300V/1250kW變頻器，兩臺(tái)做主從控制，另外一臺(tái)待機(jī)做備用，現(xiàn)場(chǎng)三臺(tái)變頻器位于同一防爆殼內(nèi)，放置于某一廢棄巷道內(nèi)距離工作溜電機(jī)約1500m?，F(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)較好，環(huán)境溫度大約3~5度，防爆殼內(nèi)較為干燥，防爆殼外空氣中煤粉含量較多。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)存在問題

在綜采面工作的過程中，采煤機(jī)截割的煤量是不均勻的，這會(huì)造成刮板運(yùn)輸過程負(fù)載大小的不斷變化，進(jìn)而也會(huì)造成電機(jī)功率不平衡，刮板機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)，鏈條被拉斷等問題。采用3300V變頻器主從控制模式可以在運(yùn)輸過程中根據(jù)負(fù)載的變頻實(shí)時(shí)進(jìn)行輸出調(diào)節(jié)，保證兩臺(tái)電機(jī)功率平衡，從而達(dá)到重載啟動(dòng)和平穩(wěn)運(yùn)行的效果。

三、變頻器配置方案

3.1 主從控制方案

3300V自動(dòng)化綜合采煤系統(tǒng)示意圖如圖3所示，其中前運(yùn)刮板機(jī)（俗稱工作溜）采用兩臺(tái)3300V異步電動(dòng)機(jī)主從驅(qū)動(dòng)，為保證輸出功率平衡，一般將從機(jī)作為機(jī)頭，主機(jī)作為機(jī)尾?，F(xiàn)場(chǎng)工作溜電機(jī)采用兩臺(tái)英威騰3300V三電平變頻器分別控制機(jī)頭和機(jī)尾電機(jī)，另一臺(tái)待機(jī)用作備用。

圖3 自動(dòng)化綜合采煤系統(tǒng)示意圖

圖4 GD3000 3300V主回路拓?fù)鋱D

主從之間采用CAN總線通訊方式，當(dāng)主機(jī)變頻器收到本地或遠(yuǎn)程的控制信號(hào)后，會(huì)根據(jù)主機(jī)的狀態(tài)將開停機(jī)的命令發(fā)送給從機(jī)。即從機(jī)變頻器啟停受主機(jī)控制。當(dāng)主機(jī)執(zhí)行啟停命令后，會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的頻率加速時(shí)間和減速時(shí)間進(jìn)行升頻或降頻，并將主變頻器運(yùn)行頻率和有功電流作為基準(zhǔn)頻率和基準(zhǔn)電流發(fā)送給從機(jī)變頻器。從機(jī)收到主機(jī)發(fā)來的頻率和電流信號(hào)后，將自身運(yùn)行頻率調(diào)整到基準(zhǔn)頻率，同時(shí)比較檢測(cè)自身的有功電流，若自身的電流小則升頻，大則進(jìn)行降頻。刮板機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)，其中一臺(tái)變頻器輸出的頻率增加或減小，會(huì)導(dǎo)致其輸出的電流增加或減小，電流的增加或減小又影響了所驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的增加或減小，從而使其他的電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩減小或增加。功率平衡的最終目標(biāo)就是通過調(diào)整使從機(jī)和主機(jī)的有功電流一致，從而保證各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩相同、功率相同。

主機(jī)還能接收從機(jī)的反饋信號(hào)，以判斷從機(jī)的通訊和運(yùn)行狀況。若主從機(jī)任意一臺(tái)發(fā)生故障，主從機(jī)都能夠停機(jī)，停止輸出，及時(shí)保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)。

3.2 GD3000 3300V系列三電平變頻器特性

（1）技術(shù)新穎

GD3000 3300V變頻器，整流采用12脈波二極管整流，逆變采用三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用較低耐壓的功率器件，直接應(yīng)用于更高電壓等級(jí)的主回路拓?fù)浼夹g(shù)，可避免器件串聯(lián)引起的動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}，同時(shí)降低輸出諧波和du/dt；可用來控制交流異步感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)，可以滿足不同電機(jī)的工作模式。產(chǎn)品采用優(yōu)異的矢量控制技術(shù)，功能更優(yōu)化，應(yīng)用更靈活，性能更穩(wěn)定。

（2）產(chǎn)品特點(diǎn)

● 三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，性能優(yōu)異，應(yīng)用靈活；

● 高速雙核心處理器，運(yùn)算快，控制精準(zhǔn)；

● 集同步、異步驅(qū)動(dòng)控制于一體，兼容性高；

● 采用主從控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多電機(jī)功率平衡；

● 采用模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)快速便捷系統(tǒng)成。

3.3 變頻器選型

結(jié)合皮帶機(jī)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，選型如表2所示。

表2 變頻器選型表

四、客戶現(xiàn)場(chǎng)具體使用效果

4.1 現(xiàn)場(chǎng)使用效果

開元煤礦綜采面刮板機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)于2017年9月20號(hào)正式投運(yùn)成功。

一主一從刮板機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)變頻器運(yùn)行狀態(tài)圖見圖5和圖6。

圖5 GD3000-01-3*1250G-33現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)

圖6 變頻器輸出電壓電流波形

4.2 現(xiàn)場(chǎng)照片（見圖7）

圖7 現(xiàn)場(chǎng)刮板輸送機(jī)圖片

4.3 客戶收益

應(yīng)用英威騰GD3000 3300V系列三電平變頻調(diào)速系統(tǒng)后，真正實(shí)現(xiàn)了刮板機(jī)的重載啟停和功率平衡。

● 替代ＣＳＴ、TTT、高低速等設(shè)備采用直接對(duì)輪聯(lián)接，簡(jiǎn)化機(jī)械系統(tǒng)，提高設(shè)備機(jī)械效率和可靠性；

● 解決刮板輸送機(jī)重載軟啟動(dòng)，減少機(jī)械和電氣沖擊；

● 實(shí)現(xiàn)根據(jù)鏈條強(qiáng)度設(shè)置最大轉(zhuǎn)矩保護(hù)，減少斷鏈的發(fā)生；

● 實(shí)現(xiàn)機(jī)頭機(jī)尾動(dòng)態(tài)功率平衡；

● 具備低速檢修模式以及正反轉(zhuǎn)控制模式，便于刮板機(jī)的檢修和卡鏈的處理；

● 可采用普通的單速電動(dòng)機(jī)，相比雙速電機(jī)可節(jié)約動(dòng)力電纜。

4.4 結(jié)束語

綜上所述，GD3000 3300V系列三電平變頻器完全滿足刮板機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載控制要求，提高了煤礦開采的自動(dòng)化程度。同時(shí)在國(guó)家大力提倡節(jié)能減排和自動(dòng)化生產(chǎn)的環(huán)境中，大力推進(jìn)變頻器在刮板輸送機(jī)、膠帶輸送機(jī)電控系統(tǒng)上的應(yīng)用具有積極的社會(huì)意義和現(xiàn)實(shí)意義。