關鍵詞：高壓變頻器，協調控制，輸送帶，轉矩平衡，矢量控制
摘要：
   本文介紹了利德華福公司的HARSVERT-VA系列高壓變頻器在澳大利亞力拓集團下屬Mesa-A露天鐵礦的鐵礦石輸送帶的應用。該皮帶傳動系統主要由2條皮帶組成，101皮帶采用單電機驅動，102皮帶采用雙電機驅動，每臺電機由1臺變頻器驅動，102皮帶使用一臺HARTBC-2轉矩協調控制柜對兩臺變頻器進行協調，使兩臺電機出力實時平衡。現場運行表明，該系統啟動平穩，轉矩平衡性高。
一. 引言
 在大功率皮帶傳動場合，以往為了實現皮帶的軟啟動，需要使用液力耦合器或者液力軟啟動器（CST），這類液力傳動設備維護工作量大、能耗高、啟動同步困難，已越來越不能滿足用戶的要求。隨著高壓變頻技術的不斷進步和完善，其應用范圍越來越廣泛。本文主要結合北京利德華福公司的HARSVERT-VA系列高壓變頻器在澳大利亞力拓集團下屬Mesa-A露天鐵礦的鐵礦石輸送帶上的實際應用情況，對高壓變頻器在皮帶傳動場合的應用特點及轉矩平衡控制方法進行簡要介紹。
二. 應用現場工藝介紹
        1. 應用現場基本情況
   力拓集團（Rio Tinto Iron Ore）下屬Mesa-A露天鐵礦地處澳大利亞西北部皮巴拉（Pilbara）地區，位于潘納旺尼卡（Pannawonica）以西50km處，其設計產能為年產2500萬噸鐵礦石，設計生產期11年，已于2010年4月正式投產。
                                                 
      該鐵礦的主要輸送系統由2條鐵礦石輸送帶組成。如圖所示，101皮帶主要負責將一級破碎機的出料運送至第2級破碎機的入口，102皮帶負責將二級破碎機的出料運送至列車裝載臺，破碎系統和皮帶系統的設計最大產能為每小時5000噸，列車裝載系統的設計最大裝載能力為每小時7200噸。
      101皮帶輸送距離較短，提升高度較小，采用單電機驅動；102皮帶輸送距離較長，提升高度較大，采用雙電機驅動。
 
          
           
           
           
       
三. 變頻調速系統介紹
    1. 高壓變頻器的基本配置情況及特點
      根據設計，現場需要使用高壓變頻器實現皮帶系統的軟啟動和調速運行，要求變頻器具有重載啟動、主動轉矩均衡控制等功能，并要求變頻器具有高可靠性和滿足澳洲高壓電網要求的較低的諧波、無功水平。
        現場選用北京利德華福電氣技術有限公司生產的3臺HARSVERT-VA系列高壓變頻器和1臺的HARTBC-2轉矩協調控制柜，對此皮帶傳動系統進行控制。
          該系列高壓變頻器在全球市場已有累積3000余套運行業績，具有以下特點：
       （1） 采用完美無諧波的單元串聯多電平拓撲結構，具有較低的電網電流諧波，滿足國外高壓電網對電能質量的嚴酷要求，輸出線電壓為17電平（現場系統為4級單元串聯，5級以上系統具有更高的電平數和更低的諧波含量），無需使用輸出濾波器，無需配用變頻電機；
       （2） 采用高性能無速度傳感器矢量控制方式，能夠對電機的磁通和轉矩進行精確的解耦控制，能夠有效避免負載轉矩波動導致的變頻器過流故障，配置轉矩協調控制柜后能夠實現對多電機驅動系統的轉矩實時均衡控制；
       （3） 根據用戶需要，可配置高達250%的電流及功率過載能力，可驅動電機在各種速度下（含低速）輸出同等于電流過載倍數的過載轉矩，可滿足大慣量系統的重載啟動要求；
       （4） 采用單元旁路技術，能夠在功率單元故障情況下切除（旁路）該故障單元，將整機的運行可靠性提高2個數量級以上；
          （5） 采用柔性預充電及整流變壓器激磁涌流抑制技術，能夠避免高壓變頻器上電過程對電網的沖擊；
                                
          
         2. 轉矩協調控制方式
        對于102皮帶，根據用戶要求，采用HARTBC-2轉矩協調控制柜配合高壓變頻器矢量控制系統進行主動式轉矩平衡控制，控制系統信號圖如下。
    協調控制柜接收來自用戶的VFD01和VFD02是否投入運行的指令，可以靈活控制皮帶系統由某1臺變頻器驅動或者由2臺變頻器共同驅動。
        轉矩協調控制柜接收來自用戶的給定轉速指令和啟動/停機指令，以及來自變頻器的電機當前轉速信號（由變頻器的無速度傳感器矢量控制算法觀測得到），進行閉環控制，得到的轉矩給定值，然后通過4 ~ 20 mA模擬量通道將轉矩給定指令發送至各變頻器。
      每臺變頻器執行來自協調控制柜的轉矩給定指令，由于變頻器的矢量控制系統能夠在毫秒級的時間內完成轉矩的輸出調節，因此能夠實現每臺電機輸出轉矩的實時平衡。
      當一臺高壓變頻器處于單元旁路狀態時，如果此時電機的運行轉速較低，則電機運行不受影響；如果此時電機的運行轉速較高，則該變頻器自動切換至弱磁運行狀態，仍然執行來自協調控制柜的轉矩給定指令，不影響系統的轉矩平衡。
      變頻器在單元旁路時向協調控制柜發出單元旁路狀態指示信號，協調控制柜收到該信號后主動限制最高轉速，將變頻器的輸出電壓（正比于輸出頻率）限制在單元旁路變頻器的最大電壓輸出能力之內，以防止單元旁路變頻器對應的電機處于長期弱磁運行狀態。
     各變頻器以及協調控制柜通過MODBUS TCP/IP現場工業以太網總線向上級控制器輸出各自的運行狀態和故障狀態。

四. 現場投運情況
     經過現場安裝、調試及試運行，該皮帶傳送系統已于2010年4月正式投入運行。該系統現場運行可靠，加減速過程平穩，負載轉矩均衡效果較理想，能夠完成滿載緊急停車狀態下的重載啟動，得到了用戶的高度認可。
五. 結論
     本文介紹了利德華福公司的HARSVERT-VA系列高壓變頻器在澳大利亞力拓Mesa-A露天鐵礦的鐵礦石輸送帶的應用，并著重介紹了HARTBC系列轉矩協調控制柜控制下的負載轉矩平衡控制原理。現場應用表明，該系統具有較高的運行性能和可靠性。