多電機(jī)拖動(dòng)的礦用帶式輸送機(jī)變頻電控系統(tǒng)

李朝陽

【摘 要】礦用帶式輸送機(jī)承擔(dān)礦山的運(yùn)輸任務(wù)，是礦山生產(chǎn)的重要機(jī)電設(shè)備。對(duì)于大型礦用帶式輸送機(jī)，因?yàn)檫\(yùn)輸量大、運(yùn)輸距離長等情況，僅靠單機(jī)拖動(dòng)無法滿足傳動(dòng)要求，采用多電機(jī)拖動(dòng)的能更好的滿足生產(chǎn)要求。本文采用多電機(jī)變頻拖動(dòng)，設(shè)計(jì)了礦用帶式輸送機(jī)的變頻電控系統(tǒng)，從電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及多機(jī)拖動(dòng)控制原理上進(jìn)行詳細(xì)分析。

【關(guān)鍵詞】多電機(jī)拖動(dòng)；礦用帶式輸送機(jī)；變頻電控；轉(zhuǎn)矩控制；功率平衡

中圖分類號(hào)： TD634.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）16-0066-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.028

【Abstract】mining belt conveyor is an important electromechanical equipment for mine production， which undertakes the transportation task of the mine. For large mine belt conveyor， because traffic， long transport distance， etc.， cannot meet the requirements of transmission by only single drag， adopt more motor can better satisfy production requirements. In this paper， the variable frequency electric control system of mining belt conveyor is designed by using variable frequency drive of multiple motors.

【Key words】Multi-motor drag； Mining belt conveyor； Variable frequency electronic control； Torque control； Power balance

0 前言

礦用帶式輸送機(jī)承擔(dān)礦山的運(yùn)輸任務(wù)，是礦山生產(chǎn)的重要機(jī)電設(shè)備。對(duì)于大型礦用帶式輸送機(jī)，其特點(diǎn)是運(yùn)輸量大、運(yùn)輸距離長，如果采用單機(jī)拖動(dòng)則無法滿足系統(tǒng)的傳動(dòng)要求，一般是采用多電機(jī)拖動(dòng)。對(duì)于傳統(tǒng)的皮帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)有采用工頻電機(jī)拖動(dòng)或液力耦合器拖動(dòng)等方法，其運(yùn)行效率及控制性能低下，無法很好的滿足多電機(jī)拖動(dòng)中要求的功率平衡問題。如何解決多電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的可控性及提高整體拖動(dòng)效率問題是需要認(rèn)真研究的[1-3]。

隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)也得到了長足發(fā)展，利用新型電力電子器件的變頻拖動(dòng)技術(shù)有了廣泛的應(yīng)用[4-5]。本文應(yīng)用了多電機(jī)變頻拖動(dòng)技術(shù)設(shè)計(jì)了礦用帶式輸送機(jī)的電控系統(tǒng)。

1 多電機(jī)拖動(dòng)的礦用帶式輸送機(jī)

礦用帶式輸送機(jī)由四臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，共有兩臺(tái)滾筒，其中每兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)滾筒。

礦用帶式輸送機(jī)具體參數(shù)如下：

①電機(jī)：660V，560kW；

②驅(qū)動(dòng)滾筒：φ1000*2000mm；

③膠帶ST/S1250，上膠厚6mm，下膠厚6mm；

④帶寬1.8m；

⑤帶速3.5m/s；

⑥L=850m，傾角16°。

礦用帶式輸送機(jī)采用的四臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，選用的電機(jī)參數(shù)一致，由相同的變頻器驅(qū)動(dòng)，利用功率平衡控制策略，可保證多臺(tái)電機(jī)的速度基本同步、輸出轉(zhuǎn)矩相同，從而實(shí)現(xiàn)長距離礦用帶式輸送機(jī)的高性能調(diào)速驅(qū)動(dòng)，無論在負(fù)載變化及運(yùn)行速度變化時(shí)，都可以實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng)、軟停車及平穩(wěn)運(yùn)行。

2 變頻電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

四臺(tái)電機(jī)分別由四臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)的主回路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

某礦山的礦用帶式輸送機(jī)雙回路電源進(jìn)線引自礦井35KV變電站內(nèi)10kV不同母線段，確保了供電可靠性。中壓系統(tǒng)用于對(duì)整個(gè)主皮帶的動(dòng)力供電和低壓供電。中壓開關(guān)柜采用KYN28A系列金屬鎧裝移開式金屬封閉開關(guān)設(shè)備，由2路進(jìn)線、1路PT、3路饋出，共計(jì)6面柜組成。

中壓開關(guān)柜中饋出1變壓器饋電柜和饋出2變壓器饋電柜用于變頻器供電，兩臺(tái)主變壓器組別形式采用Dd0和Dy11，形成12脈波整流，減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。每臺(tái)主變壓器給兩臺(tái)變頻器供電，變頻器增設(shè)進(jìn)線刀熔開關(guān)和輸出電抗器。饋出3變壓器饋電柜用于礦用帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)的輔助電源供電。

數(shù)字控制系統(tǒng)采用西門子PLC，與變頻器組建Profibus-DP工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)，PLC采集司機(jī)操作臺(tái)控制信號(hào)與外部輔助設(shè)備的啟?？刂疲l(fā)送變頻器控制信號(hào)。變頻器控制信號(hào)包括啟動(dòng)停止命令和輸送機(jī)運(yùn)行速度給定，四臺(tái)變頻器采用主從控制，形成一主三從的控制網(wǎng)絡(luò)，由主站變頻器接收運(yùn)行速度給定，并通過主站變頻控制器做速度閉環(huán)控制，速度閉環(huán)輸出的轉(zhuǎn)矩給定用于四臺(tái)變頻器的轉(zhuǎn)矩控制。

3 多電機(jī)拖動(dòng)速度同步及功率平衡控制

多電動(dòng)機(jī)無論在負(fù)載變化及運(yùn)行速度變化時(shí)保持一致是帶式輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的保證。如果電機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)出力不均和速度不一致，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)電流波動(dòng)及互拖的現(xiàn)象，或是電機(jī)承擔(dān)負(fù)荷不均，導(dǎo)致長時(shí)間運(yùn)行時(shí)造成電機(jī)過載損壞，從而使系統(tǒng)不能安全可靠運(yùn)行。從而如何讓電機(jī)的轉(zhuǎn)速和出力一致，是控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的。圖2為基于多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的“轉(zhuǎn)速同步和功率平衡”控制框圖。

其中：M1為主電動(dòng)機(jī)，M2、M3、M4為從電動(dòng)機(jī)。在系統(tǒng)中主機(jī)做轉(zhuǎn)速控制，3臺(tái)從機(jī)跟隨跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩給定做轉(zhuǎn)矩控制。轉(zhuǎn)速給定信號(hào)由主變頻器接收，由主變頻器的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）產(chǎn)生基本轉(zhuǎn)矩給定，同時(shí)利用給定轉(zhuǎn)速信號(hào)與M1實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）產(chǎn)生基本給定電流信號(hào)控制轉(zhuǎn)矩輸出，由每臺(tái)變頻器中的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器（ATL）做轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，保證每臺(tái)電機(jī)輸出的功率平衡。

4 結(jié)語

本文介紹了多電機(jī)變頻拖動(dòng)，設(shè)計(jì)了礦用帶式輸送機(jī)的變頻電控系統(tǒng)，從電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及多機(jī)拖動(dòng)控制原理上進(jìn)行詳細(xì)分析。

實(shí)際系統(tǒng)已在多個(gè)現(xiàn)場投入使用，能夠較好的完成生產(chǎn)目的，實(shí)現(xiàn)了多電機(jī)拖動(dòng)的速度同步和功率平衡控制，在負(fù)載變化及運(yùn)行速度變化時(shí)系統(tǒng)均能穩(wěn)定運(yùn)行。

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