摘要：簡要介紹了山西煤銷集團陽泉公司常順至上社煤炭運輸系統(tǒng)項目的情況，重點介紹了深圳市庫馬克新技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的ES9000系列皮帶機專用高壓變頻器的原理、技術(shù)特點及在長距離帶式輸送機應用的技術(shù)方案。采用變頻后，多電機驅(qū)動的帶式輸送機實現(xiàn)了自動調(diào)速、功率平衡和轉(zhuǎn)速同步功能，設備運行穩(wěn)定、故障率低、自動化程度高、大大降低設備能耗和提高生產(chǎn)率。

關(guān)鍵詞：DG300型長距離圓管帶式輸送機；ES9000高壓變頻器；功率平衡；節(jié)能；

1引言

文章根據(jù)DG300長距離圓管帶式輸送機工藝過程的驅(qū)動和控制要求，采用深圳市庫馬克新技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的ES9000系列皮帶機專用高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)進行驅(qū)動控制。高壓變頻器按重載選配，可實現(xiàn)200%以上的啟動轉(zhuǎn)矩；并開發(fā)出多電機驅(qū)動的皮帶機專用驅(qū)動控制系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了頭尾電機啟停及加減速過程中的平滑控制和多電機負載平衡控制，同時實現(xiàn)生產(chǎn)過程監(jiān)控管理一體化，使DG300型長距離圓管帶式輸送機在生產(chǎn)上具有先進的過程控制自動化，更在管理上具有現(xiàn)代化水平，而且對提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定運行、降低能耗等具有重要意義。

2項目簡介

山西煤銷集團陽泉公司常順至上社煤炭運輸系統(tǒng)由太原正越工程設計有限公司設計，由太原向明機械制造有限公司制造并負責配套集成，主要服務于山西陽泉上社煤炭有限責任公司選煤廠。該運輸系統(tǒng)主要由DG300圓管帶式輸送機和頭尾配套帶式輸送機組成。DG300圓管帶式輸送機全長為4.927公里，起點為常順煤礦筒倉側(cè)，機尾有1個受料點，采用給料機轉(zhuǎn)皮帶機均勻給料；終點位于山西煤炭運銷集團上社煤炭有限責任公司外來煤儲煤場。DG300圓管帶式輸送機線路大部分在山區(qū)之內(nèi)，經(jīng)過林場、農(nóng)田、翻山越嶺，線路較復雜。輸送能力按350t/h設計，管帶機管徑為Φ300mm，帶速為3.15m/s；工作制為每年工作330天，每天工作16h。DG300圓管帶式輸送機由4臺10kV/400kW高壓變頻電機驅(qū)動，采用機頭2驅(qū)動+機尾2驅(qū)動布置形式，驅(qū)動系統(tǒng)配套采用深圳市庫馬克新技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的ES9000系列皮帶機專用高壓變頻器和皮帶機專用驅(qū)動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對輸送機的自動控制和節(jié)能運行。

3帶式輸送機高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)方案設計

3.1設計條件

1）供電電源數(shù)據(jù)

主回路額定電壓：10kV±10%，額定頻率：50Hz±5%

控制電源：380VAC2kVA

2）圓管帶式輸送機設備參數(shù)

管徑φ＝300，運量Q＝350t/h,帶速v=3.15m/s；

提升高度H=-76m，輸送距離L＝4927m；

電源電壓：U＝10KV,電機額定電壓：10kV；

電機功率：4×400kW,電機額定電流：28.6A；

驅(qū)動方案：四個驅(qū)動滾筒，頭尾各二個，每個滾筒由單電機驅(qū)動；

3.2系統(tǒng)設計

圓管帶式輸送機的前后部共四臺電機分別由一臺ES9000皮帶機專用高壓變頻器驅(qū)動，四臺變頻器之間通過以太網(wǎng)分別與機頭和機尾的皮帶機專用集控箱連接，機頭和機尾的皮帶機專用集控箱通過四芯單模光纖連接，實現(xiàn)主從控制，達到機頭與機尾電機同步調(diào)速、功率平衡的目的，同時在皮帶機專用集控箱上預留以太網(wǎng)通訊接口同帶式輸送機主控系統(tǒng)連接，將變頻器的速度、電流、轉(zhuǎn)矩等信號傳輸給主控系統(tǒng)，實現(xiàn)整個帶式輸送機系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護和邏輯控制。作為備用在機頭、機尾分別備用一臺高壓變頻器，備用機也分別連在機頭和機尾的變頻器集控箱上，當機頭、機尾變頻發(fā)生故障時，由人工將電機電纜聯(lián)接至備用變頻器，主機、從機和備用機的選擇在變頻器集控箱的觸摸屏上實現(xiàn)選擇，變頻驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖和通訊網(wǎng)絡圖如圖一、圖二所示。

圖一變頻器驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖二變頻器驅(qū)動系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡圖

3.3控制回路和用戶接口設計

變頻驅(qū)動系統(tǒng)的控制回路主要負責四臺電機的啟停邏輯控制、Harrison曲線加減速控制、啟停及運行過程中的功率平衡和轉(zhuǎn)速同步控制、帶式輸送機的故障聯(lián)鎖保護等，變頻器和集控箱的接口圖如圖三和圖四所示。

圖三：高壓變頻器接口圖

圖四：集控箱接口圖

3.4冷卻系統(tǒng)設計

綜合考慮現(xiàn)場的實際情況，因本項目高壓變頻器的功率不大，現(xiàn)場配電室環(huán)境較好，溫濕度適宜，無粉塵和腐蝕氣體，從散熱效果和經(jīng)濟使用的角度出發(fā)，該項目采用強迫風冷的冷卻方式，在配電室的左側(cè)開1m*2m的入風口加裝濾網(wǎng)，變頻器頂部安裝風罩，并用冷卻風道引出室外，設計風道出風口的排風量≥5m3/s,完全滿足現(xiàn)場的散熱需求。

圖五：通風系統(tǒng)示意圖

圖六：冷風風道安裝圖

3.5ES9000皮帶機專用高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)原理及技術(shù)特點

ES9000系列皮帶機專用高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)是深圳庫馬克公司在與國際著名電氣公司多年合作經(jīng)驗的基礎上，有效吸收國際領先技術(shù)、結(jié)合中國國情，開發(fā)設計生產(chǎn)出的高可靠性變頻調(diào)速節(jié)能系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用目前國內(nèi)最先進的磁通優(yōu)化的空間矢量PWM控制技術(shù)，采用成熟可靠的多單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式，硬件可靠性高，性能優(yōu)異，使用中文操作，具有高過載能力、超強電網(wǎng)適應能力、大力距啟動和功率平衡等特點，非常適合長距離帶式輸送機的應用。

3.5.1ES9000皮帶機專用高壓變頻器原理

ES9000系列皮帶機專用高壓變頻器采用多單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，主回路主要由多繞組供電變壓器和數(shù)個逆變單元構(gòu)成。多繞組供電變壓器為每個逆變單元單獨供電，并實現(xiàn)單元之間的供電電源隔離和與電網(wǎng)之間的隔離。逆變單元是核心功率部件，其開關(guān)器件為高性能IGBT。10KV高壓變頻器的主回路結(jié)構(gòu)和功率單元結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖七：10KV高壓變頻器主回路原理圖

圖八：功率單元原理圖

3.5.2ES9000皮帶機專用高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)特點

1）先進的控制技術(shù)

控制軟件由來自國外的著名變頻器專家?guī)ь^，結(jié)合當今世界最先進的控制理論自主開發(fā)而成，采用改進完善的最新一代磁通優(yōu)化的空間矢量PWM控制技術(shù)，動態(tài)轉(zhuǎn)速控制精度小于額定轉(zhuǎn)速的±2%，轉(zhuǎn)矩階躍響應時間＜10ms，輸出頻率分辨率＜0.01Hz。

2）高可靠、長壽命

設計壽命20年，設計平均無故障工作時間MTBF>10萬小時，功率單元故障平均修復時間MTTR<10分鐘。柜頂均安裝有知名品牌長壽命冷卻風機，通風散熱系統(tǒng)安全可靠。

三路控制電源供電：標準配置雙回路控制電源供電（1路內(nèi)部220VAC和1路外部220VAC），選配UPS、以獲得更穩(wěn)定的冗余電源。

光纖通訊：變頻器內(nèi)部采用光纖通訊，完全光電隔離，抗干擾能力強。

3）完美無諧波

10KV高壓變頻器48脈沖輸入，電網(wǎng)側(cè)諧波小，無需輸入濾波器，輸入側(cè)諧波含量均滿足IEEE519-1992和GB/T14549-2002的要求。采用多重化正弦波PWM輸出，dv/dt小，輸出電壓、輸出電流波形接近完美正弦波，電機轉(zhuǎn)矩脈動小，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，運行噪聲低。

4）功率單元旁路運行

全系列產(chǎn)品標配功率單元硬件旁路運行功能，當某個功率單元故障時，功率單元自動旁路技術(shù)可以將故障的功率單元自動切除，三相輸出電壓自動平衡，變頻器繼續(xù)運行。提供最多3級旁路功能，即每相最多允許3個功率單元，3相最多允許任何位置的9個功率功率單元旁路運行，可靠性極高，整機利用率為99.99%。

5）浪涌吸收保護功能

標配浪涌吸收保護功能，全面吸收尖峰電流，確保設備一次性上電成功，ES9000的浪涌吸收保護功能包單元防浪涌和系統(tǒng)防浪涌兩部分。

6）重載配置、啟動力矩大

針對圓管帶式輸送機啟動力矩大和負載波動運行等特點，ES9000系列皮帶機專用高壓變頻器采用重過載的元器件配置，過載能力≥2倍電機額定電流1分鐘，尤其在低速帶載運行時，可輸出200%以上的額定轉(zhuǎn)矩，可實現(xiàn)長距離圓管帶式輸送機低速驗帶功能，滿足調(diào)試、維護等工作需求。

7）Harrison曲線控制

ES9000系列皮帶機高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)主動對電機轉(zhuǎn)矩控制，啟動、停車、加速和減速采用Harrison曲線控制，使帶式輸送機加減速過程平穩(wěn)，控制皮帶機主從分時啟動和停車，避免皮帶在啟動過程中產(chǎn)生張力波，最大幅度保護電氣與機械設備安全，減小設備傷害，降低維護成本。

圖九：Harrison曲線

圖十：四臺電機啟動曲線

8）多傳動負載平衡

采用深圳市庫馬克新技術(shù)股份有限公司自主研發(fā)的主從同步系統(tǒng)控制技術(shù)，內(nèi)部采用高速以太網(wǎng)通訊、將多傳動變頻組成一個控制系統(tǒng)，由皮帶機專用集控箱自動調(diào)節(jié)各傳動工作狀態(tài)，最終實現(xiàn)各傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩、功率、電流平衡，速度同步，正產(chǎn)運行時保持皮帶正常運行，避免皮帶等設備因驅(qū)動不平衡引發(fā)設備事故。

4系統(tǒng)運行效果

該項目是全國產(chǎn)技術(shù)第一次在長距離圓管帶式輸送機上的實踐應用，項目于2013年7月份正式投入運行，自投運以來，各項運行指標達到設計要求，連續(xù)長期運行、無設備故障停機情況，滿足生產(chǎn)的實際需要。項目采用深圳市庫馬克新技術(shù)股份有限公司自主研發(fā)的ES9000皮帶機專用高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)功能先進、可靠性高、運行穩(wěn)定，有效的保障了系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行，采用變頻驅(qū)動系統(tǒng)后主要有以下幾點優(yōu)點。

1，實現(xiàn)了軟啟動、軟停車，減少機械沖擊，使運行更加平穩(wěn)可靠，極大地延長了設備的使用壽命；

2，輸入完美無諧波，輸出完美正弦波，對電網(wǎng)無污染，對周邊設備無干擾；

3，保護功能齊全，報警機制完善，基本免維護，大大降低勞動強度；

4，采用速度和功率雙閉環(huán)控制方式，實現(xiàn)頭尾四臺電機之前的速度同步和功率平衡功能；在加減速過程中，四臺電機的轉(zhuǎn)速基本一致，功率不平衡度<4%，長期穩(wěn)定運行中功率不平衡度<2%，完美滿足多電機驅(qū)動的長距離圓管帶式輸送機的運行需求；

5，Harrison曲線控制，加減速過程平滑，長期連續(xù)穩(wěn)定運行，大大提高了產(chǎn)量。

6，節(jié)約電能，系統(tǒng)具備自動節(jié)能運行功能，根據(jù)負載自動調(diào)節(jié)輸送機的轉(zhuǎn)速，節(jié)能效果明顯。

7，提高自動化水平，ES9000系列皮帶機專用高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)配置豐富的標準工業(yè)通訊接口，可以很方便的與帶式輸送機主控系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)及其它系統(tǒng)通訊，極大提高了機組的自動化水平。

5結(jié)束語

該項目是國產(chǎn)高壓變頻器首次在長距離、多電機驅(qū)動的圓管帶式輸送機上的成功應用。采用深圳庫馬克公司生產(chǎn)的ES9000系列皮帶機專用高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)后，實現(xiàn)了帶式輸送機的軟啟、軟停運行方式，實現(xiàn)了多電機的轉(zhuǎn)速同步和功率平衡，大大提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)和系統(tǒng)效率；實現(xiàn)了帶式輸送機的高轉(zhuǎn)矩、高精度、款調(diào)速范圍驅(qū)動；采用變頻后低速輸出力矩大、過載能力強、保護功能齊全、可靠性高、故障率低，使用維護方便，節(jié)能降耗。實踐證明ES9000系列皮帶機專用高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)，其技術(shù)已經(jīng)達到國際先進水平，在皮帶機應用領域中能夠創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益和良好的社會效益，對于創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型社會發(fā)揮著重要作用。

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作者簡介：劉俊強(1981－)，男，河南三門峽人，碩士研究生，工程師，任深圳市庫馬克新技術(shù)股份有限公司總經(jīng)理助理；