摘要：簡(jiǎn)要介紹了山西煤銷集團(tuán)陽泉公司常順至上社煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)項(xiàng)目的情況，重點(diǎn)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(jī)專用高壓變頻器的原理、技術(shù)特點(diǎn)及在長距離帶式輸送機(jī)應(yīng)用的技術(shù)方案。采用變頻后，多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)速、功率平衡和轉(zhuǎn)速同步功能，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低、自動(dòng)化程度高、大大降低設(shè)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(jī)；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(jī)工藝過程的驅(qū)動(dòng)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(jī)專用高壓變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。高壓變頻器按重載選配，可實(shí)現(xiàn)200%以上的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；并開發(fā)出多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶機(jī)專用驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了頭尾電機(jī)啟停及加減速過程中的平滑控制和多電機(jī)負(fù)載平衡控制，同時(shí)實(shí)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(jī)在生產(chǎn)上具有先進(jìn)的過程控制自動(dòng)化，更在管理上具有現(xiàn)代化水平，而且對(duì)提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定運(yùn)行、降低能耗等具有重要意義。

2項(xiàng)目簡(jiǎn)介

山西煤銷集團(tuán)陽泉公司常順至上社煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)由太原正越工程設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)，由太原向明機(jī)械制造有限公司制造并負(fù)責(zé)配套集成，主要服務(wù)于山西陽泉上社煤炭有限責(zé)任公司選煤廠。該運(yùn)輸系統(tǒng)主要由DG300圓管帶式輸送機(jī)和頭尾配套帶式輸送機(jī)組成。DG300圓管帶式輸送機(jī)全長為4.927公里，起點(diǎn)為常順煤礦筒倉側(cè)，機(jī)尾有1個(gè)受料點(diǎn)，采用給料機(jī)轉(zhuǎn)皮帶機(jī)均勻給料；終點(diǎn)位于山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)上社煤炭有限責(zé)任公司外來煤儲(chǔ)煤場(chǎng)。DG300圓管帶式輸送機(jī)線路大部分在山區(qū)之內(nèi)，經(jīng)過林場(chǎng)、農(nóng)田、翻山越嶺，線路較復(fù)雜。輸送能力按350t/h設(shè)計(jì)，管帶機(jī)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(jī)由4臺(tái)10kV/400kW高壓變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用機(jī)頭2驅(qū)動(dòng)+機(jī)尾2驅(qū)動(dòng)布置形式，驅(qū)動(dòng)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(jī)專用高壓變頻器和皮帶機(jī)專用驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)的自動(dòng)控制和節(jié)能運(yùn)行。

3帶式輸送機(jī)高壓變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)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(jī)設(shè)備參數(shù)

管徑φ＝300，運(yùn)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(jī)額定電壓：10kV；

電機(jī)功率：4×400kW,電機(jī)額定電流：28.6A；

驅(qū)動(dòng)方案：四個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒，頭尾各二個(gè)，每個(gè)滾筒由單電機(jī)驅(qū)動(dòng)；

3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

圖一變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖二變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)圖

3.3控制回路和用戶接口設(shè)計(jì)

變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制回路主要負(fù)責(zé)四臺(tái)電機(jī)的啟停邏輯控制、Harrison曲線加減速控制、啟停及運(yùn)行過程中的功率平衡和轉(zhuǎn)速同步控制、帶式輸送機(jī)的故障聯(lián)鎖保護(hù)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(shè)計(jì)

綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，因本項(xiàng)目高壓變頻器的功率不大，現(xiàn)場(chǎng)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(jì)使用的角度出發(fā)，該項(xiàng)目采用強(qiáng)迫風(fēng)冷的冷卻方式，在配電室的左側(cè)開1m*2m的入風(fēng)口加裝濾網(wǎng)，變頻器頂部安裝風(fēng)罩，并用冷卻風(fēng)道引出室外，設(shè)計(jì)風(fēng)道出風(fēng)口的排風(fēng)量≥5m3/s,完全滿足現(xiàn)場(chǎng)的散熱需求。

圖五：通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

圖六：冷風(fēng)風(fēng)道安裝圖

3.5ES9000皮帶機(jī)專用高壓變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理及技術(shù)特點(diǎn)

ES9000系列皮帶機(jī)專用高壓變頻驅(qū)動(dòng)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(yàn)的基礎(chǔ)上，有效吸收國際領(lǐng)先技術(shù)、結(jié)合中國國情，開發(fā)設(shè)計(jì)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(jìn)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(qiáng)電網(wǎng)適應(yīng)能力、大力距啟動(dòng)和功率平衡等特點(diǎn)，非常適合長距離帶式輸送機(jī)的應(yīng)用。

3.5.1ES9000皮帶機(jī)專用高壓變頻器原理

ES9000系列皮帶機(jī)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(gè)逆變單元構(gòu)成。多繞組供電變壓器為每個(gè)逆變單元單獨(dú)供電，并實(shí)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(jī)專用高壓變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

1）先進(jìn)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(dāng)今世界最先進(jìn)的控制理論自主開發(fā)而成，采用改進(jìn)完善的最新一代磁通優(yōu)化的空間矢量PWM控制技術(shù)，動(dòng)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(yīng)時(shí)間＜10ms，輸出頻率分辨率＜0.01Hz。

2）高可靠、長壽命

設(shè)計(jì)壽命20年，設(shè)計(jì)平均無故障工作時(shí)間MTBF>10萬小時(shí)，功率單元故障平均修復(fù)時(shí)間MTTR<10分鐘。柜頂均安裝有知名品牌長壽命冷卻風(fēng)機(jī)，通風(fēng)散熱系統(tǒng)安全可靠。

三路控制電源供電：標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)。

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(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，運(yùn)行噪聲低。

4）功率單元旁路運(yùn)行

全系列產(chǎn)品標(biāo)配功率單元硬件旁路運(yùn)行功能，當(dāng)某個(gè)功率單元故障時(shí)，功率單元自動(dòng)旁路技術(shù)可以將故障的功率單元自動(dòng)切除，三相輸出電壓自動(dòng)平衡，變頻器繼續(xù)運(yùn)行。提供最多3級(jí)旁路功能，即每相最多允許3個(gè)功率單元，3相最多允許任何位置的9個(gè)功率功率單元旁路運(yùn)行，可靠性極高，整機(jī)利用率為99.99%。

5）浪涌吸收保護(hù)功能

標(biāo)配浪涌吸收保護(hù)功能，全面吸收尖峰電流，確保設(shè)備一次性上電成功，ES9000的浪涌吸收保護(hù)功能包單元防浪涌和系統(tǒng)防浪涌?jī)刹糠帧?/p>

6）重載配置、啟動(dòng)力矩大

針對(duì)圓管帶式輸送機(jī)啟動(dòng)力矩大和負(fù)載波動(dòng)運(yùn)行等特點(diǎn)，ES9000系列皮帶機(jī)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(jī)額定電流1分鐘，尤其在低速帶載運(yùn)行時(shí)，可輸出200%以上的額定轉(zhuǎn)矩，可實(shí)現(xiàn)長距離圓管帶式輸送機(jī)低速驗(yàn)帶功能，滿足調(diào)試、維護(hù)等工作需求。

7）Harrison曲線控制

ES9000系列皮帶機(jī)高壓變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主動(dòng)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制，啟動(dòng)、停車、加速和減速采用Harrison曲線控制，使帶式輸送機(jī)加減速過程平穩(wěn)，控制皮帶機(jī)主從分時(shí)啟動(dòng)和停車，避免皮帶在啟動(dòng)過程中產(chǎn)生張力波，最大幅度保護(hù)電氣與機(jī)械設(shè)備安全，減小設(shè)備傷害，降低維護(hù)成本。

圖九：Harrison曲線

圖十：四臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)曲線

8）多傳動(dòng)負(fù)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(dòng)變頻組成一個(gè)控制系統(tǒng)，由皮帶機(jī)專用集控箱自動(dòng)調(diào)節(jié)各傳動(dòng)工作狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)各傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩、功率、電流平衡，速度同步，正產(chǎn)運(yùn)行時(shí)保持皮帶正常運(yùn)行，避免皮帶等設(shè)備因驅(qū)動(dòng)不平衡引發(fā)設(shè)備事故。

4系統(tǒng)運(yùn)行效果

該項(xiàng)目是全國產(chǎn)技術(shù)第一次在長距離圓管帶式輸送機(jī)上的實(shí)踐應(yīng)用，項(xiàng)目于2013年7月份正式投入運(yùn)行，自投運(yùn)以來，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，連續(xù)長期運(yùn)行、無設(shè)備故障停機(jī)情況，滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要。項(xiàng)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(jī)專用高壓變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功能先進(jìn)、可靠性高、運(yùn)行穩(wěn)定，有效的保障了系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行，采用變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)后主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)。

1，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)、軟停車，減少機(jī)械沖擊，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠，極大地延長了設(shè)備的使用壽命；

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

3，保護(hù)功能齊全，報(bào)警機(jī)制完善，基本免維護(hù)，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度；

4，采用速度和功率雙閉環(huán)控制方式，實(shí)現(xiàn)頭尾四臺(tái)電機(jī)之前的速度同步和功率平衡功能；在加減速過程中，四臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速基本一致，功率不平衡度<4%，長期穩(wěn)定運(yùn)行中功率不平衡度<2%，完美滿足多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的長距離圓管帶式輸送機(jī)的運(yùn)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(yùn)行，大大提高了產(chǎn)量。

6，節(jié)約電能，系統(tǒng)具備自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行功能，根據(jù)負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，節(jié)能效果明顯。

7，提高自動(dòng)化水平，ES9000系列皮帶機(jī)專用高壓變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配置豐富的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)通訊接口，可以很方便的與帶式輸送機(jī)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(jī)組的自動(dòng)化水平。

5結(jié)束語

該項(xiàng)目是國產(chǎn)高壓變頻器首次在長距離、多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的圓管帶式輸送機(jī)上的成功應(yīng)用。采用深圳庫馬克公司生產(chǎn)的ES9000系列皮帶機(jī)專用高壓變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的軟啟、軟停運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)了多電機(jī)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(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的高轉(zhuǎn)矩、高精度、款調(diào)速范圍驅(qū)動(dòng)；采用變頻后低速輸出力矩大、過載能力強(qiáng)、保護(hù)功能齊全、可靠性高、故障率低，使用維護(hù)方便，節(jié)能降耗。實(shí)踐證明ES9000系列皮帶機(jī)專用高壓變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，在皮帶機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中能夠創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益，對(duì)于創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型社會(huì)發(fā)揮著重要作用。

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作者簡(jiǎn)介：劉俊強(qiáng)(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；