摘要：采用高壓變頻器拖動(dòng)管狀帶式輸送機(jī)，是減少皮帶沖擊、提高皮帶壽命、安全運(yùn)行的重要手段。本文通過(guò)對(duì)高壓變頻器在管狀帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用以及HARSVERT系列變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析，介紹運(yùn)用高壓變頻器拖動(dòng)管狀帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：管狀帶式輸送機(jī)、高壓變頻器、矢量控制、轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)、主從控制

一、前言   

管狀帶式輸送機(jī)是一種新型帶式輸送機(jī)，在裝料區(qū)和卸料區(qū)，膠帶打開(kāi)呈槽形，裝料或卸料后，膠帶被托輥卷成圓形，管狀形成后，呈六邊形布置的托輥保持其管狀。該機(jī)可在沿空間曲線(xiàn)靈活布置，在復(fù)雜地形條件下長(zhǎng)距離輸送物料，同時(shí)與普通帶式輸送機(jī)相比，具有經(jīng)濟(jì)、可靠、安全、高效等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于電力、化工、建材、礦山、冶金、碼頭、煤炭、糧食等行業(yè)物料輸送系統(tǒng)。由于管狀帶式輸送機(jī)一般在運(yùn)距比較長(zhǎng)，地理環(huán)境比較復(fù)雜，轉(zhuǎn)彎較多的情況下運(yùn)行，采用變頻器控制驅(qū)動(dòng)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備軟啟動(dòng)、軟停機(jī)及在線(xiàn)調(diào)速功能�？紤]到150%的過(guò)載能力裕量，一般整條皮帶選用幾臺(tái)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，由于幾臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)不同軸聯(lián)接，又要保持同步，為了滿(mǎn)足整個(gè)系統(tǒng)速度同步，設(shè)計(jì)采用利德華福HARSVERT-VA系列高壓變頻器，通過(guò)主從控制方式實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩平衡。

二、用戶(hù)簡(jiǎn)介

威信云投粵電扎西能源有限公司是由云南省電力投資有限公司控股、廣東電力發(fā)展股份有限公司、云南省煤田地質(zhì)局共同出資設(shè)立的有限公司。公司地址位于云南省昭通地區(qū)威信縣，地處云貴高原北緣和四川盆地南緣過(guò)渡地帶。昭通市為滇東北地區(qū)主要煤炭資源蘊(yùn)藏地和產(chǎn)煤地之一，含煤面積1.5105萬(wàn)平方公里，探明及預(yù)測(cè)煤碳資源量為198.25億噸，其中鎮(zhèn)雄、威信兩縣煤炭資源最為豐富。為了將威信縣的資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)滿(mǎn)足云電送粵的需要，公司將建設(shè)規(guī)劃總?cè)萘繛?×600MW火力發(fā)電機(jī)組，以及相配套的煤礦，實(shí)現(xiàn)煤電項(xiàng)目一體化工程。如圖1所示：

三、應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)皮帶機(jī)系統(tǒng)基本情況介紹

該項(xiàng)目位于云南省昭通市威信縣麟鳳鄉(xiāng)麟鳳壩北端的王家寨至小壩一帶，井田東起于三桃鄉(xiāng)后溪口-塘房一線(xiàn)，以蔡家壩斷層為界；西至長(zhǎng)安鄉(xiāng)田壩村以王家溝斷層為界，走向長(zhǎng)約17公里；南至玄武巖底界；北至大雪山-塘房一線(xiàn)，寬2.3-3.8公里，面積約49.74平方公里。礦井煤炭總資源量為27727萬(wàn)噸，工業(yè)儲(chǔ)量為22696萬(wàn)噸，經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量為17713萬(wàn)噸。利用觀音山煤礦的煤炭資源，一期工程已建成裝機(jī)容量為2×600MW火力發(fā)電機(jī)組，形成煤電聯(lián)產(chǎn)的一體化項(xiàng)目，由于地處山區(qū)，地勢(shì)起伏較大，普通的凹槽皮帶已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)囊�，所以采用管狀帶式輸送機(jī)，管狀帶式輸送機(jī)是一種新型帶式輸送機(jī)，在裝料區(qū)和卸料區(qū)，膠帶打開(kāi)呈槽形，裝料或卸料后，膠帶被托輥卷成圓形，管狀形成后，呈六邊形布置的托輥保持其管狀。由于膠帶在輸送線(xiàn)路上呈管形，物料不會(huì)撒落，物料也不會(huì)因刮風(fēng)、下雨而受外部環(huán)境的影響，這樣既避免了因物料的撒落而污染環(huán)境，也避免了外部環(huán)境對(duì)物料的污染，達(dá)到無(wú)泄漏密閉輸送。該機(jī)可在沿空間曲線(xiàn)靈活布置，在復(fù)雜地形條件下長(zhǎng)距離輸送物料，同時(shí)與普通帶式輸送機(jī)相比，具有經(jīng)濟(jì)、可靠、安全、高效等優(yōu)點(diǎn)。如圖2、3所示：

威信云投粵電煤電一體化項(xiàng)目管狀皮帶機(jī)，由三臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)（3×355kW），三臺(tái)電機(jī)均配置在機(jī)頭。如圖4所示：

主要參數(shù)如下

皮帶機(jī)參數(shù)：

輸送量Q=800t/h；輸送長(zhǎng)度L=2160.5m；帶寬B=1600mm；管徑Φ=400mm；帶速V=2.8m/s；提升高度h=37.05m；膠帶ST1600；功率P=3×355kW；類(lèi)型阻燃鋼繩芯管帶

電機(jī)參數(shù)：

型號(hào)YBPT4003-4；頻率范圍5-50HZ；功率355kW；電壓6000V；電流42.4A；功率因數(shù)0.85

四、現(xiàn)場(chǎng)變頻調(diào)速系統(tǒng)方案介紹

現(xiàn)場(chǎng)三臺(tái)高壓變頻器均采用一拖一手動(dòng)旁路方案，此旁路方案是手動(dòng)旁路的典型方案，原理是由3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS41、QS42、QS43及高壓開(kāi)關(guān)QF、電動(dòng)機(jī)M組成。要求QS42和QS43之間存在機(jī)械互鎖邏輯，不能同時(shí)閉合。

變頻運(yùn)行時(shí)，QS43斷開(kāi)，QS41和QS42閉合；

工頻運(yùn)行時(shí)，QS41和QS42斷開(kāi)，QS43閉合。具體如圖6所示：

五、現(xiàn)場(chǎng)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)及采用的控制方案介紹

現(xiàn)場(chǎng)采用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的3套HARSVERT-HVA06/050系列矢量控制高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，額定電壓6kV，額定電流50A，額定功率400kW。如圖7所示：

利德華福HARSVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計(jì)目標(biāo)，滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)于風(fēng)機(jī)、水泵、礦井提升機(jī)、皮帶機(jī)等機(jī)械調(diào)速節(jié)能、改善生產(chǎn)工藝的迫切需要；為了最大限度的縮短高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)安裝和改造的施工周期，系統(tǒng)采用了一體化設(shè)計(jì)的理念，包括變壓器柜、功率柜、控制柜（高壓開(kāi)關(guān)柜或旁路柜可選）等所有部件及內(nèi)部連線(xiàn)，用戶(hù)只須連接高壓輸入、高壓輸出、低壓控制電源和控制信號(hào)線(xiàn)即可。在先進(jìn)的生產(chǎn)和管理環(huán)境中，整套系統(tǒng)在出廠(chǎng)前已進(jìn)行整體測(cè)試，確保每一臺(tái)出廠(chǎng)設(shè)備的質(zhì)量和性能。

為了適用改造項(xiàng)目的需要和降低新建項(xiàng)目的投入，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中的每一個(gè)功能部件可以分步進(jìn)行安裝，確保了高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)不會(huì)在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中出現(xiàn)意外，方便的前后維護(hù)方式、靈活多樣的散熱方式、高性能的重要進(jìn)口元器件、先進(jìn)的生產(chǎn)工藝大大的降低了高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的要求。如圖8所示：

其主回路如圖（圖中n代表級(jí)數(shù)n=8）：

HARSVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用功率單元串聯(lián)技術(shù)解決器件耐壓?jiǎn)栴}，多級(jí)串聯(lián)PWM信號(hào)移相后疊加，減少了輸出側(cè)諧波、降低輸出電壓的dv/dt；通過(guò)電流多重化技術(shù)減少對(duì)電網(wǎng)反饋的諧波，減小對(duì)電網(wǎng)的諧波污染；主控制器采用數(shù)字信號(hào)處理器、可編程門(mén)陣列（CPLD和FPGA）為核心，配合數(shù)據(jù)采集單元、單元控制器和光纖通信回路以及可編程邏輯控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)。HARSVERT-VA系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)本體由變壓器柜、功率柜及控制柜組成。如圖9所示：

對(duì)于三機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶機(jī)變頻控制，為了有效實(shí)現(xiàn)電機(jī)的負(fù)載平衡控制，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)適宜采用1主-2從方式進(jìn)行控制。一臺(tái)變頻器作為主控，發(fā)出輸出轉(zhuǎn)矩給定值，控制另兩臺(tái)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)同步運(yùn)行。各高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)僅對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，兩臺(tái)從控電機(jī)的轉(zhuǎn)速是不可控量，由物理系統(tǒng)的實(shí)際特性決定運(yùn)行三臺(tái)電機(jī)的速度匹配。如圖10所示，主控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制主電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并給出兩臺(tái)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩給定值，從控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)收到的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩給定值控制從電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

變頻器采用無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的精度控制在0.5％以?xún)?nèi)，如果需要電機(jī)需要更高的控制精度，可以采用速度傳感器，控制精度在0.1％以?xún)?nèi)。

主控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)和從控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)均有外部信號(hào)連鎖控制和狀態(tài)、報(bào)警邏輯信號(hào)輸出，主控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)接收本地或者遠(yuǎn)程的“啟動(dòng)”、“停機(jī)”和“緊急停機(jī)”指令，以及來(lái)自從控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的“緊急停機(jī)”指令，從控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)接收來(lái)自主控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的“啟動(dòng)”和“緊急停機(jī)”指令，同時(shí)接收從控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)本地或者遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)的“緊急停機(jī)”指令。

在兩臺(tái)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的PLC邏輯程序中進(jìn)行邏輯互鎖，使得兩臺(tái)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)，同時(shí)停機(jī)。如圖11所示：

六、總結(jié)

本文主要結(jié)合北京利德華福公司的HARSVERT-VA系列高壓變頻器在威信云投粵電扎西能源煤電一體化項(xiàng)目管狀皮帶機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用情況，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，運(yùn)用高壓變頻器拖動(dòng)管帶機(jī)實(shí)現(xiàn)平緩、穩(wěn)定啟停，減小了對(duì)皮帶的沖擊，降低皮帶的磨損，利用技術(shù)先進(jìn)、成熟安全的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可以全面實(shí)現(xiàn)高效調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)工況，提高系統(tǒng)自動(dòng)化程度，節(jié)約電能的目的。