变频器同速控制在煤矿输送带中的应用

    (1)原设备工作概况

    某煤矿主井将挖出的煤通过输送带运出。输送带采用3台高压电动机拖动，整套系统是由工作在额定转速的3台400kW/6kV高压异步电动机并联拖动，通过液力耦合器、减速机减速驱动滚筒，由滚筒拖动输送带运行。外运输送带是该煤矿的中枢，一旦输送带不能正常工作，就会全矿停产，造成巨大经济损失。输送带传动系统的配置如图6-48所示。

    图6-48    输送带传动系统的配置图

    图中M1和M2为同轴电动机（即两台电动机同时控制一个滚筒），要求电动机起动时有良好的同步性。该系统采用液力耦合器进行调速，其缺点主要表现在：投入液力耦合器前要先将电动机工频起动。这种起动方式起动电流较大，且因电动机安装在楼上，振动厉害，随着使用时间的延长，楼房会严重受损；液力耦合器的机械磨损和老化问题日趋严重，性能逐年降低，故障率增加，设备维修难度大；液力耦合器效率低，增加了系统损耗，浪费了电能；液力耦合器出现故障时，无法切换到工频旁路运行，必须停机检修；液力耦合器不能调整3台电动机间的同步，使出力不均。针对以上情况，通过对各种调速方式进行分析比较，最终决定采用IGBT直接串联高压变频器对外运输送带系统进行改造。

   (2)由变频器对驱动系统进行改造

   1) IGBT直接串联高压变频器主电路介绍。IGBT直接串联高压变频器为佳灵公司首创并研制，它具有结构简单、工作可靠、造价低等优点，深受用户欢迎。

    高压变频器由于单机功率大，造价高，因此是非标准产品，它要根据现场工作情况进行具体设计，这样既可减少投资，又可增加设备的适应性和可靠性。根据此输送带的拖动特点，选定电路如图6-49所示。由图可见，IGBT功率开关管为串联连接，解决了工作电压高而IGBT耐压不足的矛盾；电路采用了共用直流供电方案，即3台变频器共用同一直流电源；为了增加滤波效果，每台变频器均安装了直流电抗器和输出交流电抗器，并在交流电抗器之后加装了高频吸收电容（如前面不接交流电抗器，不能接入高频吸收电容）。

    变频器的控制部分与低压通用变频器基本相同，也是通过操作面板进行功能预置，由操作面板或由外功能端子进行控制或操作。

   2)变频器连接及控制。由3台变频器对3台高压电动机进行调速控制，取消了液力耦合器。控制框图如图6-50所示。

    变频器操作可以在本机控制，也可在远程控制。本机控制是由触摸屏来设定运行参数，并可在触摸屏上进行运行和停止操作。远控时，通过工作台来对变频调速系统进行外控操作。工作台上有高低速选择，可以根据工况需要自由设定运行频率，以满足工作要求。

    在由3台变频器组成的同速传动系统中，以单独的一台变频器为主机，另两台控制同轴滚筒的变频器为从机，它们之间采用RS485标准接口进行通信控制。运行中只对主机控制，全部从机同步地自动跟随主机动态运行，实现良好的主、从关系目标控制运行模式。

    运行只对主机操作及参数设定，从机操作无效，从机跟随主机同步运行。主、从机的加减速时间设定相同，从机也可以在系统全部停机后或电动机接线时，单独点动运行。

    图6-49    IGBT直接串联高压变频器共直流系统原理图

    图6-50    控制框图

    主、从机的功率平衡调试，先通过触摸屏设定功率平衡系数，0~200%可调。在起动和运行过程中，主、从机间相互交换数据，当主、从机不平衡度达到和超过设定值时，将自动调整运行参数，使之保持功率平衡。

    变频器在运行中若出现故障，将显示“LU”、“OUD”、“FL”等提示。只有排除故障、复位、无故障显示时才能重新起动运行。在运行中若主机出现故障，全部从机以自由停车方式停机；单台从机出现故障时不影响其他从机的运行，但在单台从机故障排除后，必须停止全部主、从机，再重新起动运行。

   3) IGBT直接串联高压变频器运行情况及经济效益。IGBT直接串联高压变频调速系统与液力耦合器比较，具有以下优点：

    ①运行稳定，安全可靠。彻底解决了楼板的振动问题，原来使用液力耦合器，每隔40天左右就必须更换轴承，每次须停机半天左右，不但耽误生产，而且浪费了人力、物力，造成巨大经济损失。采用IGBT直接串联高压变频器后维护检修方便。

    ②起动平稳，无冲击，同步性好，能够自动达到功率平衡。原采用液力耦合器时，是先将电动机单台工频起动后，再将液力耦合器同时投入，起动电流大，冲击厉害。采用变频后，只需对其中的主机进行控制就能将3台电动机同时实现软起动、软停止，起动过程中几乎无冲击，降低了电动机的噪声和故障率。

    ③变频器自身保护功能完善，同原来的继电器比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电动机的保护。

    ④节能效果明显，大大降低了用电量，节约了电费。实际测量中，带液力耦合器空载运行电流为25A，重载运行电流为45～48A；采用变频器调速后，空载运行电流为15A，重载运行电流为35~38A。每小时3台电动机至少能节电200~300kW·h，按1kW·h=0.5元计算，一天运行20h，每年可减少电费支出60万元左右。如在运煤量不正常的情况下降频使用，节能效果更显著。

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