膠帶輸送機組合變頻驅(qū)動技術(shù)研究

李衛(wèi)濤

（潞安（礦業(yè)）集團有限公司， 山西 長治 046600）

引言

隨著礦用變頻驅(qū)動技術(shù)的高速發(fā)展，大功率組合變頻技術(shù)逐漸成熟，煤礦主要運輸設備采用組合變頻驅(qū)動技術(shù)成為發(fā)展趨勢，相對于傳統(tǒng)的直接軟啟動或者CST軟啟動等驅(qū)動方式，驅(qū)動的傳遞效率得到較大提高，故障影響時間減小，對于多驅(qū)設備同步性提高明顯，通過變頻智能調(diào)速，大功率運輸設備每年可以節(jié)省大量電能，且由于設備采購投入成本較小，控制系統(tǒng)較為簡單，成為高產(chǎn)高效礦井新裝備選型及驅(qū)動改造更新的最佳選擇。

1 項目概況

本文所述技術(shù)為潞安集團李村礦井西翼主斜巷主運輸皮帶機選型項目采用技術(shù)，該項目承擔西翼采區(qū)原煤運輸與上倉主斜巷皮帶機搭接入主煤倉。

膠帶輸送機基本參數(shù)如表1所示：

表1 設備信息

2 方案介紹

根據(jù)以上設備信息，采用兩臺 BPQJ-（1260、60）/1140組合變頻器驅(qū)動四臺電動機，采用一拖二的驅(qū)動方式，該方案設備配置數(shù)量少，占用空間小，集約化程度高，運輸、安裝、布線簡單，維護量小。

2.1 驅(qū)動系統(tǒng)

BPQJ-（1260、60）/1140組合變頻起動器具有2個獨立的630 kW變頻輸出回路和10個工頻輸出回路。變頻輸出回路驅(qū)動膠帶輸送機主電機；10個工頻回路用于膠帶輸送機系統(tǒng)的輔助供電及控制，如電動機冷卻風機、減速箱冷卻風機、減速箱油泵、卷帶系統(tǒng)、制動閘等設備。整個膠帶機電控系統(tǒng)（見圖1）僅包括兩臺供電移變、兩臺組合變頻起動器和膠帶機的通訊保護系統(tǒng)，大大減少現(xiàn)場設備使用數(shù)量。

組合變頻起動器具有豐富的外部數(shù)字控制接口和通訊接口，能夠與通訊控制保護系統(tǒng)無縫連接，如KTC101等，實現(xiàn)膠帶輸送機的控制與保護。

圖1 驅(qū)動系統(tǒng)圖

2.2 系統(tǒng)供電

系統(tǒng)由一臺△/Y和一臺△/△移動變電站組成12脈供電方式，減少諧波干擾，每臺移變?nèi)萘坎坏陀? 600 kVA。供電系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 供電系統(tǒng)圖

2.3 配置明細（如下頁表2所示）

3 變頻主要實現(xiàn)功能

3.1 膠帶輸送機的重載平滑啟動

變頻器啟動可輸出不小于2.2倍額定轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)根據(jù)負載狀況設定與之適用的加減速時間，最大程度降低對電機及相關機械設備的沖擊損傷，延長設備使用壽命，降低維修費用，滿足井下膠帶機的控制要求。

表2 設備配置明細表

3.2 動態(tài)功率平衡實現(xiàn)

主從機之間功率平衡的調(diào)節(jié)建立在相互之間良好的通訊基礎上，從機根據(jù)主機輸出的基準轉(zhuǎn)矩，實時調(diào)節(jié)從機本身的輸出轉(zhuǎn)矩，以實現(xiàn)多臺電機之間動態(tài)功率平衡，不平衡度小于3%，變頻器之間采用CAN總線來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，此種方式通訊可靠性高，通訊距離長，布線簡單，且僅需一根雙絞電纜。

3.3 自動負荷匹配調(diào)速

變頻器可以根據(jù)當前的運煤量自動調(diào)整膠帶運行速度，使其與下煤量相匹配，自動負荷匹配調(diào)速，減小電能消耗，減少膠帶磨損。

3.4 動態(tài)脫并機功能

多機驅(qū)動一臺膠帶輸送機，將某臺從機設為備投機，主機根據(jù)負荷量狀況進行脫機和并機控制。

3.5 遠程監(jiān)控功能

變頻器具有標準MODBUS總線接口，滿足膠帶輸送機與礦井自動化系統(tǒng)的通訊需求，可將整個驅(qū)動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳至地面調(diào)度室，還可通過遠程訪問查看設備運行狀態(tài)，觀察數(shù)據(jù)運行情況，對設備進行維護等工作。此功能已在神華神東集團成功應用，地面調(diào)度室監(jiān)控井下設備運行狀態(tài)，并通過互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)上傳至天信公司，實現(xiàn)遠程診斷。

3.6 低速驗帶功能

膠帶檢修模式可實現(xiàn)低速驗帶運行。通過設置驗帶頻率，能夠?qū)崿F(xiàn)膠帶輸送機低速運行，便于進行驗帶檢查，及時了解膠帶磨損情況。

3.7 自檢保護功能

變頻器具有開機自檢和故障自診斷功能，可診斷出當前的狀態(tài)是否正常，并在顯示屏上顯示故障代碼，能夠明確指示故障信息。變頻器具有過載、短路、缺相、漏電閉鎖、過壓、欠壓、過熱等保護功能。

3.8 顯示

配有大屏幕（10.4英寸）中文液晶顯示屏，實時顯示設備的工作狀態(tài)，變頻器電流、電壓、頻率、溫度等參數(shù)，報警值等信息，可通過屏幕完成各種設置與操作。

3.9 膠帶輸送機的啟停控制

3.9.1 啟動控制

控制臺（膠帶控制系統(tǒng)）輸出開關量信號給機頭主機，主機接收啟動信號后先給張緊系統(tǒng)發(fā)送張緊命令并同時檢測本機與其他從機是否就緒。如果沒有問題，等接收到張緊到位信號后，主機開始啟動。從0 Hz逐漸平滑加速，同時通過CAN總線把頻率和電流等信息傳遞給其他從機，實現(xiàn)同步運行，兩臺電機共同驅(qū)動整條皮帶，從機接收到電流信息調(diào)節(jié)本身的轉(zhuǎn)速，時刻保持電流與主機一致，達到每臺電機功率平衡，出力一致。加減速時間從0～1 800 s可調(diào)，現(xiàn)場根據(jù)負載的狀況設定適宜的加減速時間。

3.9.2 停止和急停

正常停止過程為控制系統(tǒng)輸出開關量信號斷開，主機收不到啟動信號后停止輸出，從機也跟隨停止輸出，膠帶停止，延時一段時間后，變頻器停止風機、水泵等輔助設備。在緊急狀況下按下任意一臺變頻器上的急停按鈕或控制系統(tǒng)輸出急停開關量信號以及皮帶的六大保護動作（或變頻器自身檢測到的短路、超頻等故障信息），變頻器立即停止輸出并斷開主接觸器，并在顯示屏上顯示故障信息。

3.10 近控與遠程控制功能

3.10.1 近控控制模式

通過變頻器自帶的操作鍵盤進行啟?？刂疲粡臋C對主機進行自動跟隨。

3.10.2 遠程控制模式

利用遠程啟停信號進行控制（控制臺），主機檢測起停信號及外部驗帶控制開關量。外部發(fā)出啟動信號后，若外部驗帶接點閉合，則變頻器以較低的輸出頻率運行，若外部驗帶接點沒有閉合則變頻器輸出設定頻率。

4 集成變頻器優(yōu)勢

1）設備配置數(shù)量少，占用空間小，集約化程度高，布線簡單，維護量小。

2）可實現(xiàn)多機功率平衡。主變頻器和從變頻器間傳遞轉(zhuǎn)矩信號形成主從速度、轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，達到精確的速度控制和優(yōu)良的負載平衡效果（不平衡度小于3%）。

3）采用ABB直接轉(zhuǎn)矩控制，可精確控制力矩。電動機運行控制精度高、動態(tài)響應速度快。

4）能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動、軟停車，延長設備使用壽命，避免對電網(wǎng)造成沖擊。利用變頻器的軟啟動功能實現(xiàn)帶式輸送機的平滑啟動，啟動過程中對膠帶機械沖擊更小，可減少斷帶故障的發(fā)生，同時啟動電流大大減小，電機所承受的電流沖擊大大降低，電機壽命延長，也避免了對電網(wǎng)的電流沖擊。

5）提高傳動效率，控制啟動電流。采用變頻器控制后，電機與減速器之間采用直接聯(lián)接，傳遞效率可提高5%～10%。

6）膠帶檢修模式可實現(xiàn)低速驗帶運行。通過設置驗帶頻率，能夠?qū)崿F(xiàn)膠帶輸送機低速運行，便于進行驗帶檢查，及時了解膠帶的磨損情況。

7）多方面節(jié)約能源。一是變頻器可以根據(jù)當前的運煤量自動調(diào)整膠帶運行速度，使其與煤倉下煤量相匹配，自動負荷匹配調(diào)速，減小電能消耗；二是采用變頻器后功率因數(shù)可達0.95以上，降低無功功耗；三是電機與減速器之間采用直接聯(lián)接，傳遞效率可提高5%～10%。

8）減少故障時間、降低設備的維護量。一是變頻器功能完善，具有完備的保護功能和故障診斷能力，大大減少了電機及膠帶運輸機設備的故障和維護量，從而減少了運營成本；二是變頻器無機械及液壓油磨損，故障率大幅降低；三是天信變頻器采用模塊化結(jié)構(gòu)設計，故障的恢復時間較短，維修簡便。