前言：北京利德華福電氣技術(shù)有限公司作為國內(nèi)最大的高壓變頻器生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品已成功應(yīng)用于電力、冶金、石化、水泥等行業(yè)，2009年隨著利德華福矢量控制、能量回饋技術(shù)的完善，產(chǎn)品也已成功應(yīng)用于煤礦行業(yè)的提升機(jī)、皮帶機(jī)、切片機(jī)等多個類型的負(fù)載。此次在煤礦皮帶機(jī)上的成功應(yīng)用，不僅標(biāo)志著利德華福的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)外領(lǐng)先水平，也標(biāo)志著利德華福從此全面進(jìn)入煤礦市場，進(jìn)一步奠定其在高壓變頻行業(yè)內(nèi)第一的地位。本文詳細(xì)介紹了利德華福高壓變頻器在煤礦皮帶機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)、原理及其重要性。

    摘要：本文主要介紹了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司研發(fā)的高壓變頻器在煤礦皮帶機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用情況。該項(xiàng)目采用單臺高壓變頻器拖動兩臺電機(jī)同時運(yùn)行的直接“一拖多”方案。現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用表明，此方案下，各電機(jī)實(shí)時轉(zhuǎn)速相等，電流一致性較好，滿足皮帶運(yùn)行工況要求。    
關(guān)鍵詞：煤礦皮帶機(jī)、一拖多、直接并聯(lián)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、負(fù)載平衡、電流均衡.
一、 引言    
    在大功率皮帶傳動場合，以往為了實(shí)現(xiàn)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(shè)備維護(hù)工作量大，能耗高，已越來越不能滿足用戶的要求。   隨著高壓變頻技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，其應(yīng)用范圍越來越廣泛。本文主要結(jié)合北京利德華福公司的HARSVERT-VA系列高壓變頻器在伊犁雙新焦化廠煤礦皮帶機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用情況，對高壓變頻器在皮帶傳動場合的應(yīng)用特點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行簡要介紹。
二、 應(yīng)用現(xiàn)場皮帶機(jī)系統(tǒng)基本情況 
    雙新焦化廠地處新疆伊犁市新源縣境內(nèi)，年設(shè)計(jì)產(chǎn)煤量為60萬噸，屬于兵團(tuán)經(jīng)營的國有大企業(yè)的下屬企業(yè)，有自己的礦井和火力發(fā)電廠等相關(guān)企業(yè)。   雙新焦化廠礦井結(jié)構(gòu)如圖（1）所示：單程皮帶長度846米，皮帶寬度1米。電機(jī)50HZ工頻運(yùn)行時，皮帶最大速度為2米/秒。礦井傾斜角度15度。井口有兩臺電機(jī)同時運(yùn)行拖動皮帶系統(tǒng)工作，兩臺電機(jī)銘牌參數(shù)相同。
   
                       圖（1） 礦井皮帶系統(tǒng)示意圖
井口兩臺電機(jī)銘牌中主要參數(shù)如表（1）所示。

                               表（1） 電機(jī)銘牌參數(shù)
皮帶系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：
（1）皮帶機(jī)機(jī)頭，是礦井的出煤口。皮帶從井底拖運(yùn)出來的煤經(jīng)過機(jī)頭位置時，自動被拋卸到礦井煤場。實(shí)際現(xiàn)場工況見圖（2）

                                圖（2）皮帶機(jī)頭出煤實(shí)況
（2）卸完煤后的空皮帶經(jīng)過一個轉(zhuǎn)向輪，分別通過1#電機(jī)拖動的主動滾筒，和2#電機(jī)拖動的從動滾筒后，皮帶在經(jīng)過一個導(dǎo)向輪運(yùn)行到井底完成一次運(yùn)煤過程。1#電機(jī)、滾筒及導(dǎo)向輪的現(xiàn)場工況如圖（3）所示。2#電機(jī)、滾筒及導(dǎo)向輪的現(xiàn)場工況如圖（4）所示。

圖（3） 1#電機(jī)、滾筒及導(dǎo)向輪

                                              
                                 圖（4） 2#電機(jī)、滾筒及導(dǎo)向輪
（3）在礦井的底部，裝有皮帶張緊系統(tǒng)，其主要作用是調(diào)節(jié)皮帶的松緊程度，防止皮帶過松導(dǎo)致的兩臺主動輪打滑現(xiàn)象或者重載溜車現(xiàn)象，以及皮帶過緊導(dǎo)致的皮帶異常損傷。
（4）皮帶機(jī)制動與逆止保護(hù)裝置。皮帶機(jī)除了變頻器的保護(hù)系統(tǒng)外，還有自身的一些保護(hù)措施，如油壓制動系統(tǒng)，逆止裝置等。圖（5）展現(xiàn)了現(xiàn)場的油壓制動系統(tǒng)實(shí)況。在兩臺動力滾筒上各安裝了一套油壓剎車系統(tǒng)。在停車狀態(tài)或故障狀態(tài)下，兩臺油壓剎車處于制動狀態(tài)。正常生產(chǎn)時，剎車片處于松開狀態(tài)。圖（6）中藍(lán)色部件是皮帶機(jī)的逆止裝置，安裝在減速器的低速軸上。皮帶機(jī)出現(xiàn)重大故障，其它保護(hù)失效時，逆止裝置通過機(jī)械力阻止重載皮帶向下溜車。

圖（5） 油壓剎車系統(tǒng)

圖（6） 逆止器

         三、煤礦皮帶機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及運(yùn)行效果分析
   皮帶機(jī)多機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心問題是皮帶系統(tǒng)中各電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩平衡問題。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)現(xiàn)場工藝不同，可以選擇不同的變頻控制方案。
（1） 直接“一拖多”方案。
   此方案中，各電機(jī)定子繞組直接并聯(lián)，統(tǒng)一由一臺變頻器驅(qū)動。由于僅采用1臺變頻器，此方案具有成本低，占地小的特點(diǎn)。
     此方案中，變頻器無法對各電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行獨(dú)立的控制，因此各電機(jī)的出力由電機(jī)參數(shù)和皮帶系統(tǒng)參數(shù)決定。其中，影響電機(jī)功率平衡的主要因素是電機(jī)的參數(shù)差異、電機(jī)動力滾筒的直徑誤差和皮帶包絡(luò)角差異。誤差越大，系統(tǒng)中電機(jī)的功率差異就越大。在沒有人為的設(shè)計(jì)差別的情況下，一般上述誤差都是生產(chǎn)中的加工誤差。
     電機(jī)動力滾筒的直徑誤差在初期生產(chǎn)中會引起電機(jī)功率誤差，但由于皮帶系統(tǒng)的物理特性，經(jīng)過一段時間使用和磨損后，這一誤差將逐漸減小。
    對于能夠可靠控制上述這些誤差的場合，可以采用此方案，這將大大降低變頻調(diào)速系統(tǒng)的采購價格。
（2） 多變頻器協(xié)調(diào)控制方案。
     在動力電機(jī)數(shù)量多，單個電機(jī)負(fù)載差異大，電機(jī)排列分散的復(fù)雜工況皮帶系統(tǒng)，一般可以采用多變頻器協(xié)調(diào)控制方案。
      現(xiàn)場每臺電機(jī)配置一臺變頻器，所有系統(tǒng)中的高壓變頻器由一臺獨(dú)立的“協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)”統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。該協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)通過對各變頻器反饋的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)調(diào)各變頻器的運(yùn)行指令，各變頻器根據(jù)該指令對各自的電機(jī)進(jìn)行獨(dú)立的控制，使各電機(jī)轉(zhuǎn)速相同、出力相同。
四、 高壓變頻器控制方式選擇
   現(xiàn)場采用的HARSVERT-VA系列高壓變頻器，控制方式可以根據(jù)實(shí)際工藝需要，選用“VVVF控制”方式或者“無速度傳感器矢量控制”方式。其中，VVVF控制方式適用于輕載啟動、負(fù)載波動較小的場合，矢量控制方式適用于重載啟動或負(fù)載波動較大的場合。
    斜井皮帶機(jī)系統(tǒng)在正常啟動、運(yùn)行過程中，啟動電流較小，負(fù)載波動也較小。但考慮到在事故恢復(fù)等特殊情況下，皮帶機(jī)需要在堆滿煤情況下重載啟動，因此需要選用“矢量控制”方式。
五、 現(xiàn)場高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)基本情況
      現(xiàn)場采用北京利德華福公司生產(chǎn)的HARSVERT-VA系列矢量控制高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，其銘牌參數(shù)如表（2）所示，其現(xiàn)場照片見圖（7）。

                            表（2） 高壓變頻器銘牌參數(shù) 

                                        
                                    圖（7） 現(xiàn)場變頻器

    變頻調(diào)速系統(tǒng)采用“一拖二”工頻自動旁路，如圖（8）所示。工頻旁路主回路系統(tǒng)由3個隔離開關(guān)QS1-QS3和5個真空接觸器KM1-KM5組成，KM4與KM5分別與KM2、KM3進(jìn)行電氣互鎖。
        當(dāng)1#電機(jī)和2#電機(jī)同時變頻運(yùn)行時，KM1、KM2和KM3閉合，同時QS1,QS2，QS3閉合。當(dāng)1#電機(jī)和2#電機(jī)同時工頻運(yùn)行時，KM4、KM5閉合，同時KM1，KM2，KM3斷開。檢修變頻器時，要求QS1，QS2，QS3斷開，使變頻器系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，保證檢修人員的人身安全。變頻器具有本地/遠(yuǎn)程兩種控制方式，即真空接觸器的分合操作可以由遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，也可以在本地手動操作。

                                                                  
                                  圖（8） 變頻器“一拖二”工頻旁路方案
       雙新焦化廠皮帶機(jī)系統(tǒng)較為簡單，電機(jī)數(shù)量少，兩臺電機(jī)的負(fù)載差異很小，兩動力滾筒直徑只存在少量加工誤差，因此我們采用了直接“一拖多”變頻方案。成功投運(yùn)后，我們在重載工況下對兩臺負(fù)載電機(jī)電流進(jìn)行了監(jiān)測分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)際電機(jī)電流誤差很小。電流波形如圖（9）所示，圖中由上至下依次為變頻器輸出電流、1#電機(jī)電流、2#電機(jī)電流。
                            圖（9）電機(jī)電流和變頻器電流

六、 結(jié)論
      本文主要結(jié)合北京利德華福公司的HARSVERT-VA系列高壓變頻器在伊犁雙新焦化廠煤礦皮帶機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用情況，對高壓變頻器在皮帶傳動場合的應(yīng)用特點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行了簡要的介紹，分析了皮帶傳動系統(tǒng)常用的變頻調(diào)速方案。
     現(xiàn)場應(yīng)用表明，通過合理選擇控制方案，能夠用較低的設(shè)備投入實(shí)現(xiàn)較好的皮帶調(diào)速控制效果。