變頻一體驅(qū)動裝置在洗煤廠帶式輸送機(jī)控制中的應(yīng)用

王士杰

（中煤建筑安裝工程集團(tuán)有限公司第六十九工程處，河北 邯鄲 056000）

引言

帶式輸送機(jī)是綜采工作面、洗煤廠廣泛應(yīng)用的運(yùn)輸設(shè)備，該設(shè)備具有運(yùn)輸距離廠、運(yùn)輸速度大、運(yùn)輸量大的優(yōu)勢。多年以來，針對帶式輸送機(jī)的研究主要集中在其自動化控制、節(jié)能技術(shù)以及軟啟動等方面。根據(jù)實際工況，對于帶式輸送機(jī)的節(jié)能的主要技術(shù)途徑主要通過帶式輸送機(jī)的實時運(yùn)量對其運(yùn)行速度進(jìn)行實時控制，解決帶式輸送機(jī)恒速運(yùn)行時運(yùn)行速度與運(yùn)量不匹配所導(dǎo)致功率消耗的問題[1]。變頻一體驅(qū)動核裝置為變頻器與電機(jī)整合的設(shè)備，該裝置具有體積小、可靠性高、維護(hù)方便以及抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)勢。本文將重點(diǎn)研究變頻一體驅(qū)動裝置在洗煤廠帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用。

1 變頻一體驅(qū)動裝置概述

對于洗煤廠帶式輸送機(jī)而言，其與煤礦綜采工作面的帶式輸送機(jī)相類似，在實際運(yùn)輸中也面臨著啟動時容易對設(shè)備造成沖擊、功率消耗較大等類似的問題。因此，實現(xiàn)洗煤廠帶式輸送機(jī)的軟啟動功能和節(jié)能變頻調(diào)速運(yùn)行也是非常有必要的。近年來，變頻驅(qū)動技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于煤礦綜采工作面大型設(shè)備的控制中。變頻一體驅(qū)動裝置是在變頻器的基礎(chǔ)上整合了電機(jī)，即實現(xiàn)變頻器與電機(jī)的一體化設(shè)計[2]。

1.1 變頻一體驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)分析

從功能層面分析，與傳統(tǒng)變頻器相比，變頻一體驅(qū)動裝置不僅具備對帶式輸送機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速的功能，而且還解決了分體變頻器存在的電磁干擾問題。從結(jié)構(gòu)層面分析，變頻一體驅(qū)動裝置電氣系統(tǒng)中主要分為變頻電氣分系統(tǒng)和電機(jī)電氣分系統(tǒng)，其對應(yīng)的電氣原理如圖1 所示。

圖1 變頻一體驅(qū)動裝置電氣原理圖

如圖1 所示，變頻一體驅(qū)動裝置的變頻部分又可細(xì)分為主回路、驅(qū)動回路、主控制回路、顯示系統(tǒng)等。同時，變頻一體裝置變頻部分所采用的結(jié)構(gòu)形式為交流—直流—交流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

1.2 變頻一體驅(qū)動裝置優(yōu)勢分析

變頻一體驅(qū)動裝置與傳統(tǒng)變頻器+電機(jī)的驅(qū)動方式相比，具有如下優(yōu)勢：

1）基于變頻一體驅(qū)動裝置能夠降低洗煤廠針對帶式輸送機(jī)供電的復(fù)雜程度；同時，基于變頻一體裝置是實現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)距離供電的基礎(chǔ)，從而擴(kuò)大帶式輸送機(jī)在洗煤廠的應(yīng)用范圍。

2）傳統(tǒng)變頻器+電機(jī)驅(qū)動方式中，變頻器與電機(jī)的匹配程度存在一定的差異性；而變頻一體驅(qū)動裝置電機(jī)在設(shè)計初期綜合考慮了PWM 波形對電機(jī)的干擾，同時采用VPI 技術(shù)可有效避免對系統(tǒng)絕緣層的腐蝕；此外，變頻一體裝置設(shè)計時將電磁兼容和電磁干擾的一體化設(shè)計思路應(yīng)用其中，解決了傳統(tǒng)變頻器+電機(jī)驅(qū)動方式對外界所造成的電磁干擾的影響。

3）目前，對于長距離、大運(yùn)量以及高運(yùn)速的帶式輸送機(jī)而言，常采用不止一個電機(jī)對設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動，若控制不合理勢必會產(chǎn)生電機(jī)功率不平衡的問題。但是，變頻一體驅(qū)動裝載由于其自身采用轉(zhuǎn)矩控制模式的原因，特別適用于大負(fù)載波動的帶式輸送機(jī)的多電機(jī)控制。

2 變頻一體驅(qū)動裝置的設(shè)計分析

本洗煤廠采用德國Breuer 公司所研發(fā)和生產(chǎn)的變頻一體驅(qū)動對帶式輸送機(jī)進(jìn)行控制。該變頻一體驅(qū)動裝置的供電電壓為1 140 V，該裝置所配置電機(jī)的功率為1 000 kW。本節(jié)將重點(diǎn)對變頻一體驅(qū)動裝置在洗煤廠應(yīng)用中設(shè)計到的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計，包括控制系統(tǒng)的設(shè)計、配電系統(tǒng)的設(shè)計以及其他一些關(guān)鍵問題的解決方案。

2.1 變頻一體驅(qū)動裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計

針對變頻一體驅(qū)動裝置控制系統(tǒng)涉及到關(guān)鍵內(nèi)容包括對功率平衡、硬件、軟件等進(jìn)行設(shè)計。對于變頻一體驅(qū)動裝置控制系統(tǒng)的功率平衡控制而言，主要實現(xiàn)途徑為通過主電機(jī)對各個電機(jī)進(jìn)行控制。變頻一體化驅(qū)動裝置采用Rockwell 集成化網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)完成信息層、設(shè)備層和控制層的設(shè)計；變頻一體驅(qū)動裝置采用Logix550 編程軟件對控制程序進(jìn)行設(shè)計；此外，將變頻一體驅(qū)動裝置對帶式輸送機(jī)的啟動、停止以及變頻調(diào)速功能與帶式輸送機(jī)的常規(guī)保護(hù)功能相結(jié)合。

2.2 變頻一體驅(qū)動裝置配電系統(tǒng)的設(shè)計

配電系統(tǒng)作為變頻一體驅(qū)動裝置的動力源泉，在設(shè)計時需重點(diǎn)綜合考慮下列因素：

1）根據(jù)《電力設(shè)計的規(guī)范》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，為變頻一體驅(qū)動裝置配套雙電源供電的模式；

2）根據(jù)《安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，要求配電系統(tǒng)涉及到的配電設(shè)備滿足洗煤廠環(huán)境的要求；

3）鑒于本文所選Breuer 公司的變頻一體驅(qū)動裝置中變頻器分系統(tǒng)為12 脈沖的整流，為變頻一體驅(qū)動配置雙回相位差30°的電源[3]。

綜合考慮上述因素，針對變頻一體驅(qū)動裝置設(shè)計如圖2 所示的配電系統(tǒng)。

圖2 變頻一體驅(qū)動裝置配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 變頻一體驅(qū)動裝置應(yīng)用的技術(shù)難點(diǎn)

鑒于變頻一體驅(qū)動裝置與傳統(tǒng)變頻器+電機(jī)驅(qū)動方式的區(qū)別，變頻一體驅(qū)動裝置應(yīng)用時需重點(diǎn)考慮變壓器耐壓、變頻器水冷系統(tǒng)以及通訊接口等方面的問題。

3.1 變壓器耐壓問題的解決

鑒于變頻一體驅(qū)動裝置理論電壓為1 140 V，而在實際供電中電壓值可能超過1 200 V 超過其允許電壓值。因此，對變頻一體驅(qū)動裝置在其本體結(jié)構(gòu)上增設(shè)了IGBT 管，增加變壓器的耐壓等級。

3.2 變頻器水冷問題的解決

鑒于Breuer 公司的變頻一體驅(qū)動裝置其所配置的冷卻系統(tǒng)對水質(zhì)的要求較高，而我國的水質(zhì)無法適用于其冷卻系統(tǒng)。為此針對性地設(shè)計了適合我國水質(zhì)的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，具體循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的原理如圖3 所示。

圖3 變頻一體驅(qū)動裝置循環(huán)水冷卻系統(tǒng)原理圖

3.3 通訊接口問題的解決

鑒于Breuer 公司的變頻一體驅(qū)動裝置所采用通訊接口的類型為TTY，該種通訊接口無法與PLC 控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而無法實現(xiàn)帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。為解決上述問題，將變頻一體驅(qū)動裝置的所有參數(shù)及數(shù)據(jù)通過ControlLogix 傳送至洗煤廠的調(diào)度網(wǎng)絡(luò)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析后提出控制策略[4]。

4 結(jié)語

帶式輸送機(jī)作為洗煤廠的主要運(yùn)輸設(shè)備，其運(yùn)輸效率和可靠性在很大程度上決定于控制系統(tǒng)。帶式輸送機(jī)傳統(tǒng)變頻調(diào)速控制主要采用變頻器+電機(jī)的驅(qū)動方式控制，本文將變頻一體驅(qū)動裝置應(yīng)用于洗煤廠帶式輸送機(jī)的控制中。經(jīng)實踐表明，變頻一體驅(qū)動裝置具有故障率低、便于布置和控制、勞動強(qiáng)度低等優(yōu)勢。同時，變頻一體驅(qū)動裝置鑒于其本身的優(yōu)勢，在實際運(yùn)行中保證了多電機(jī)驅(qū)動下的功率平衡。