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案例頻道 摘要：采用高壓變頻器拖動管狀帶式輸送機(jī)，是減少皮帶沖擊、提高皮帶壽命、安全運(yùn)行的重要手段。本文通過對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)用高壓變頻器拖動管狀帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)。圖11主-從一拖一控制反饋信號示意圖
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)可在沿空間曲線靈活布置，在復(fù)雜地形條件下長距離輸送物料，同時與普通帶式輸送機(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，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)動技術(shù)、實(shí)現(xiàn)驅(qū)動設(shè)備軟啟動、軟停機(jī)及在線調(diào)速功能。考慮到150%的過載能力裕量，一般整條皮帶選用幾臺電機(jī)同時驅(qū)動，由于幾臺電機(jī)驅(qū)動不同軸聯(lián)接，又要保持同步，為了滿足整個系統(tǒng)速度同步，設(shè)計采用利德華福HARSVERT-VA系列高壓變頻器，通過主從控制方式實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動時的轉(zhuǎn)矩平衡。
二、 用戶簡介
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1.5105萬平方公里，探明及預(yù)測煤碳資源量為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)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，同時滿足云電送粵的需要，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。
圖1 威信云投粵電扎西能源
三、 應(yīng)用現(xiàn)場皮帶機(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，以蔡家壩斷層為界；西至長安鄉(xiāng)田壩村以王家溝斷層為界，走向長約17公里；南至玄武巖底界；北至大雪山-塘房一線，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27727萬噸，工業(yè)儲量為22696萬噸，經(jīng)濟(jì)可采儲量為17713萬噸。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)，地勢起伏較大，普通的凹槽皮帶已無法滿足現(xiàn)場運(yùn)輸?shù)囊螅圆捎霉軤顜捷斔蜋C(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。由于膠帶在輸送線路上呈管形，物料不會撒落，物料也不會因刮風(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)境對物料的污染，達(dá)到無泄漏密閉輸送。該機(jī)可在沿空間曲線靈活布置，在復(fù)雜地形條件下長距離輸送物料，同時與普通帶式輸送機(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。
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圖2 管狀皮帶機(jī)
圖3 管狀皮帶機(jī)
威信云投粵電煤電一體化項(xiàng)目管狀皮帶機(jī)，由三臺電機(jī)拖動（3×355kW），三臺電機(jī)均配置在機(jī)頭。如圖4所示。
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圖4 三機(jī)驅(qū)動示意圖
主要參數(shù)如下
皮帶機(jī)參數(shù)：
輸送量Q=800t/h；輸送長度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；類型 阻燃鋼繩芯管帶
電機(jī)參數(shù)：
型號YBPT 4003-4；頻率范圍5-50HZ；功率355kW；電壓6000V；電流42.4A；功率因數(shù)0.85
圖5 現(xiàn)場皮帶機(jī)情況
四、現(xiàn)場變頻調(diào)速系統(tǒng)方案介紹
現(xiàn)場三臺高壓變頻器均采用一拖一手動旁路方案，此旁路方案是手動旁路的典型方案，原理是由3個高壓隔離開關(guān)QS41、QS42、QS43及高壓開關(guān)QF、電動機(jī)M組成。要求QS42和QS43之間存在機(jī)械互鎖邏輯，不能同時閉合。
變頻運(yùn)行時，QS43斷開，QS41和QS42閉合；
工頻運(yùn)行時，QS41和QS42斷開，QS43閉合。具體如圖6所示。
圖6 一拖一手動旁路方案
五、 現(xiàn)場高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)及采用的控制方案介紹
現(xiàn)場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。
圖7 高壓變頻器現(xiàn)場安裝情況
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)計目標(biāo)，滿足用戶對于風(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)計的理念，包括變壓器柜、功率柜、控制柜（高壓開關(guān)柜或旁路柜可選）等所有部件及內(nèi)部連線，用戶只須連接高壓輸入、高壓輸出、低壓控制電源和控制信號線即可。在先進(jìn)的生產(chǎn)和管理環(huán)境中，整套系統(tǒng)在出廠前已進(jìn)行整體測試，確保每一臺出廠設(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)不會在運(yùn)輸和安裝過程中出現(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)對現(xiàn)場環(huán)境的要求。如圖8所示。
其主回路如圖（圖中n代表級數(shù) n=8）：
圖8系統(tǒng)原理圖
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)解決器件耐壓問題，多級串聯(lián)PWM信號移相后疊加，減少了輸出側(cè)諧波、降低輸出電壓的dv/dt；通過電流多重化技術(shù)減少對電網(wǎng)反饋的諧波，減小對電網(wǎng)的諧波污染；主控制器采用數(shù)字信號處理器、可編程門陣列（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。
圖9高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)示意圖
對于三機(jī)驅(qū)動的皮帶機(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。一臺變頻器作為主控，發(fā)出輸出轉(zhuǎn)矩給定值，控制另兩臺高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)同步運(yùn)行。各高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)僅對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，兩臺從控電機(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。
圖10主-從控制結(jié)構(gòu)負(fù)載平衡控制示意圖
變頻器采用無速度傳感器矢量控制技術(shù)，對電機(jī)轉(zhuǎn)速的精度控制在0.5％以內(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％以內(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)均有外部信號連鎖控制和狀態(tài)、報警邏輯信號輸出，主控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)接收本地或者遠(yuǎn)程的“啟動”、“停機(jī)”和“緊急停機(jī)”指令，以及來自從控高壓變頻調(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)接收來自主控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的“啟動”和“緊急停機(jī)”指令，同時接收從控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)本地或者遠(yuǎn)程聯(lián)動的“緊急停機(jī)”指令。
在兩臺高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的PLC邏輯程序中進(jìn)行邏輯互鎖，使得兩臺高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)同時啟動，同時停機(jī)。如圖11所示。
圖11主-從一拖一控制反饋信號示意圖
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)過現(xiàn)場應(yīng)用表明，運(yùn)用高壓變頻器拖動管帶機(jī)實(shí)現(xiàn)平緩、穩(wěn)定啟停，減小了對皮帶的沖擊，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)場工況，提高系統(tǒng)自動化程度，節(jié)約電能的目的。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號