1、浅谈皮带输送机应用高压变频器的体会中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号： 一、传统液耦弊端与变频系统控制与优点 1、传统液耦存在的弊端如下： (1)采用液耦，电机必须先空载起动。工频起动时，最初的电流很大，为电机额定电流的 47 倍。起动瞬间电流会在起动过程中产生冲击，引起电机内部机械应力和热应力发生变化，对机械部分造成严重磨损甚至损坏。同时还将引起电网电压的下降，影响到电网内其他设备的正常运行。因此，大容量的皮带机还必须附加电机软起动设备，如：水电阻。 (2)液耦长时间工作时会引起液体温度升高，熔化金合塞，还会引起漏液，增大维护工作量，污染环境。 (3)采用液耦时皮带机的加载
2、时间较短，容易引起皮带张力变化，因此对皮带强度要求较高。 (4)一般的皮带机都是长距离大运量，通常都是多电机驱动，采用液耦驱动很难解决多电机驱动时的功率平衡问题。采用高压变频器对皮带机进行驱动的优势如下： 真正实现皮带机软起动。通过电机慢速起动带动皮带机缓慢起动，将胶带内部贮存的能量缓慢释放，可将输送机起停时产生的冲击减至最小，几乎对胶带不造成损害。 降低胶带带强。由于变频器起动时间可以在 13 600 S 内调整，皮带机起动时间通常在 60200 S 内，根据现场情况设定。起动时间延长将大大降低对带强的要求，减少设备初期投资。实际应用中，由于降低了起动冲击，机械系统的损耗也随之降低，尤其托辊
3、及滚筒寿命大大延长。 实现皮带机多电机驱动时的转矩平衡。应用变频器对皮带机驱动时可以采用一拖一控 制，多电机驱动时采用主从或协调柜控制方式，实现转矩平衡。 验带功能。低速验带功能是皮带机检修的要求。变频调速系统为无极调速的交流传动系统，在空载验带状态下可调整 0100 额定带速范围内的任意带速。 平稳的重载起动。变频器低频运转可输出 2.2 倍额定力矩，适于重载起动。 自动调速。变频器配合煤流传感器可以根据负载轻重自动调节胶带速度，节电的同时还减少了胶带的磨损。 节能。对应于煤矿的特殊生产条件，有时煤的产量是极不均匀的，当然皮带机系统的运煤量也是不均匀的，在负载轻或无负载时，皮带机系统的高速运
4、行对机械传动系统的磨损浪费较为严重，同时电能消耗也较低速运行大的多，但因生产的需要，皮带机系统又不能随时停车，采用单独的控制系统对前级运输系统的载荷、本机运输系统的载荷进行分别测量，这样可控制变频器降速或提前升速。对于载荷不均的皮带机系统，可节约电能、降低皮带的磨损。 2、变频系统控制优点 皮带机由多台电机拖动时，由于各电机输出是通过皮带耦合在一起的，因此需要考虑协调控制问题。根据电机学原理，对于滑差 0.O1 的电机，变频器输出频率相差 0.2 时，将会导致约 20的输出转矩不平衡，在轻载时，变频器少量的输出频率差别，还会导致输出频率较低的变频器进入能量回馈状态，进而发生过压故障。因此一般需
5、要采取有效的控制手段，平衡各电机出力。 在实际应用中，根据现场配置和要求不同，可选择如下 3 种驱动方案： (1)对于功率较小(一般单机额定电流在 5O A 以下)，电机数量较少(一般不超过 3 台)，低成本应用场合，可以选择一拖多并联运行方案； (2)对于需要主动进行各电机出力均衡控制的场合，如果电机数量较少，距离较近，系统构成较简单，可采用主一从控制方案； (3)如果电机数量较多，或者相距较远、系统较复杂，可采用统一协调控制方案。 一拖多运行方式。多台电机由一台变频器拖动，可以保证多台的转速相同，电机根据其滑差特性分配负载转矩，需要各电机参数较为一致。此种方式下，由于电机直接并联运行，因此
6、变频器无法控制各电机的出力平衡，各电机出力的平衡性由电机特性差异、滚筒直径差异、皮带包络角差异等因素决定。该方案系统成本最低，但变频器故障将导致皮带系统无法运行，因而不太适用于考虑电机冗余配置的场合。以双机运行为例的主回路结构工频旁路为可选配置。 对于需要进行各电机出力均衡主动控制的场合，如果电机数量较少(一般不超过 6 台)，各电机距离较近(一般不超过 50 m)，系统构成较简单，可以采用多机主一从一拖一控制运行方案。此种方式支持 N+1 冗余系统配置，即任意 1 台变频器或者电机发生故障时，不破坏主一从控制架构，在皮带系统允许的情况下，可以依靠剩余的变频器和电机继续驱动皮带运行。每台电机由
7、一台变频器拖动，运行在矢量控制方式下。其中一台变频器作为主机，接收来自用户上位控制系统的信号，负责皮带系统的速度控制和整体逻辑控制；其余的变频器作为从机，接收来自主变频器的转矩给定信号和逻辑控制信号，并向主变频器报告自身的状态。由于各变频器执行相同的转矩给定信号，因此各电机的输出转矩相同。该方案的特点是，系统配置简单、可靠，能够满足 N+1 的电机配置要求，能够完成主动的转矩协调控制，使 各电机出力相同。 对于需要进行各电机出力均衡主动控制的场合，如果电机数量较多，或者各电机距离较远，系统构成较复杂，或者需要 N+2 以上的冗余配置，可以采用多机统一协调控制运行方案。此种方式下，每台电机由一台
8、变频器拖动，运行在矢量控制方式下。专设一台协调控制柜，协调控制柜接收来自上位控制系统的转速给定信号和起停逻辑信号，以及来自现场的转速反馈信号，负责皮带系统的速度控制和整体逻辑控制。各变频器均作为从机，接收来自协调控制柜的转矩给定信号和逻辑控制信号，并向协调控制柜报告自身的状态。因为各变频器执行相同的转矩给定信号，故各电机的输出转矩相同，由于各变频器地位相同，因此能够实现多机系统的冗余设计。该方案的特点是控制策略灵活，能够满足用户现场各种实际需求，能够实现复杂系统的协调控制。 二、现场高压变频调速系统及采用的控制方案介绍 该系列高压变频调速系统，以高可靠性、易操作、高性能为设计目标，满足用户对于
9、矿用负载调速节能、改善生产工艺的迫切需要；为了最大限度的缩短高压变频调速系统安装和改造的施工周期，系统采用了一体化设计的理念，包括变压器柜、功率柜、控制柜等所有部件及内部连线，用户只须连接高压输入、高压输出、低压控制电源和控制信号线即可。在先进的生产和管理环境中，整套系统在出厂前已进行整体测试，确保每一台出厂设备的质量和性能。 为了适应改造项目的需要和降低新建项目的投入，高压变频调速系统中的每一个功能部件可以分步进行安装，确保了高压变频调速系统不会在运输和安装过程中出现意外，方便的前后维护方式、灵活多样的散热方式、高性能的重要进口元器件、先进的生产工艺大大降低了高压变频调速系统对现场环境的要求
10、。 对于两机驱动的皮带机变频控制，为了有效实现电机的负载平衡控制，高压变频调速系统适宜采用主一从方式进行控制。一台变频器作为主控，发出输出转矩给定值，控制另一台高压变频调速系统同步运行。各高压变频调速系统仅对电机的转矩进行控制，从控电机的转速是不可控量，由物理系统的实际特性决定运行两台电机的速度匹配。 主控高压变频调速系统控制 l# 电机的转速，并给出两台电机的输出转矩给定值，从控高压变频调速系统根据收到的电机输出转矩给定值控制 2# 电机的输出转矩。 变频器采用无速度传感器矢量控制技术，对电机转速的精度控制在 0. 5%以内，如果电机需要更高的控制精度，可以采用速度传感器，控制精度在 01
11、以内。 主控高压变频调速系统和从控高压变频调速系统均有外部信号连锁控制和状态、报警逻辑信号输出，主控高压变频调速系统接收本地或者远程的“起动” 、 “停机”和“紧急停机”指令，以及来自从控高压变频调速系统的“紧急停机”指令，从控高压变频调速系统接收来自主控高压变频调速系统的“起动”和“紧急停机”指令，同时接收从控高压变频调速系统 本地或者远程联动的“紧急停机”指令。 在两台高压变频调速系统的 PLC 逻辑程序中进行逻辑互锁，使得两台高压变频调速系统同时起动，同时停机。 三、结束语 皮带机的驱动系统采用全数字交流高压变频器，不但提高了生产效率和系统的综合可靠性，降低了能耗，而且达到了现场安装方便、运行性能安全良好的效果。实践证明，利用技术先进、成熟安全的高压变频调速系统可以全面实现高效调节现场工况，提高系统自动化程度，节约电能的目的。使用高压变频器可以大大降低现场维护量，带来可观的效益，切实响应国家节能降耗的号召，值得大力推广。
