啟動柜

對于大功率變頻器（6kV系統適配電機功率≥2500kW / 10kV系統適配電機功率≥4000kW），系統增配啟動柜。啟動柜可以有效抑制變壓器上電瞬間的激磁涌流，防止引起上級電源柜速斷保護裝置動作，還可以為單元直流電容預充電。

 

變壓器

隔離變壓器為干式變壓器，采用強迫風冷：原邊為星形接法，與進線高壓直接相連或通過啟動柜相連；副邊繞組為延邊三角形接法，繞組間有固定的相位差，通過電抗器為功率單元提供電源。

變壓器配有溫控儀，控制系統通過溫控儀實時監控變壓器繞組溫度：當變壓器繞組溫度較高時，系統發出輕故障報警并開啟變壓器底部風機；當溫度超過報警或跳閘設定值時，系統發出輕故障報警或跳閘信號。

 

功率單元

功率單元輸入端接變壓器二次線圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環節電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。

 

 

 

功率單元通過光纖接收信號，采用空間矢量正弦波脈寬調制（PWM）方式，控制IGBT的導通和關斷，輸出單相脈寬調制波形。

 

 

控制系統

控制系統由控制器、接口板和人機界面（包括柜門按鈕等）組成。

合康礦井皮帶機用高壓變頻器有HIVERT-YV和HIVERT-TV兩種系列。其中，HIVERT-YV適配異步電機，HIVERT-TV適配同步電機。這兩種系列變頻器均由移相變壓器、功率單元和控制系統（包括：控制器、接口板和人機界面）構成。

大功率變頻器（6kV系統適配電機功率≥2500kW / 10kV系統適配電機功率≥4000kW）增配啟動柜。

1、無PG矢量控制方式

HIVERT-Y(T)V系列變頻器根據電機參數對電機實現無PG矢量控制方式，在全頻率段穩定輸出正弦波電流。系統可以對勵磁電流和轉矩電流分別進行控制，并具有動態響應快、電機加速特性好等優點。

 

2、低頻高轉矩輸出

HIVERT-Y(T)V系列變頻器具有對轉矩電流單獨控制的特點，使電機在低轉速下能夠輸出較大轉矩，滿足皮帶機對啟動轉矩的要求。

 

3、自動識別參數功能

對于無PG矢量控制方式下所需的電機相關數據，HIVERT-YV系列變頻器可通過“空載啟動”模式進行參數自動辨識。

 

4、電流閉環控制

在電機運行過程中，電流通過霍爾傳感器構成閉環控制。HIVERT-Y(T)V系列變頻器電流調節器會自動調節變頻器輸出電流，以達到*快的電流響應、*小的電流波動。

 

5、雙（多）機聯動控制功能

HIVERT-Y(T)V系列變頻器具有雙（多）機聯動控制功能。當主機接收到外部啟動信號后，主機啟動，同時將主機數據（包括：啟停信號、運行頻率和轉矩電流）通過光纖實時通訊至從機；從機準確跟蹤主機轉速、轉矩，與主機保持同步。

對于軟性連接的聯動系統，從機具備轉速微調功能，可嚴格跟隨主機轉矩，以保證從機與主機功率平衡。

HIVERT-Y(T)V系列變頻器配置接收和發送兩個光纖通訊接口實現主從控制，因此，多機聯動系統內所有變頻器均具有發送主機數據的功能，用戶可根據現場情況靈活設置一臺變頻器為主機、其余變頻器為從機。

 

 

礦井皮帶機用高壓變頻器——HIVERT-Y(T)V系列

 

變頻器額定容量	250-12500kW/315-16000kVA※
額定電壓	6kV/10kV（-20%～+15%）※
額定頻率	50Hz/60Hz（-10%～10%）※
調制技術	矢量控制加空間矢量控制技術
控制電源	380VAC，1-20kVA(依功率等級而定)
輸入功率因數	>0.96
效率	>0.96 變頻部分>98%
輸出頻率范圍	0Hz～120Hz※
頻率分辨率	0.01Hz(0.00Hz-80.00Hz)，或0.002Hz
瞬時過流保護	200% 立即保護（可根據用戶要求定制）
過載能力	120% 2分鐘；150% 3秒；
限流保護	10%-150%設定
模擬量輸入	兩路4～20mA
模擬量輸出	四路4～20mA
上位通訊	隔離RS485接口，ModBus RTU; Profibus DP; 工業以太網規約（可選）
加減速時間	5秒～1600秒（與負載相關）
開關量輸入輸出	12入/13出（輸出可擴展）
運行環境溫度	-5～+45℃※
貯存/運輸溫度	-40～+70℃※
冷卻方式	強迫風冷
環境濕度	<95%，不結露※
安裝海拔高度	<1000米，高于海拔1000米，每增加100米降額1%運行
粉塵	不導電、無腐蝕性，＜6.5mg/d ｍ３ ※
防護等級	IP30※
柜體顏色	PANTONE Cool Gray 1U ＆2915U（或根據用戶提供色標定制）

※超出范圍請咨詢北京合康億盛變頻科技股份有限公司

礦用皮帶機異步

  

礦用皮帶機同步

  

• 皮帶運輸機
• 強力皮帶機
• 鋼絲繩牽引帶式輸送機
• 大傾角帶式輸送機
• 雙向運輸帶式輸送機
• 氣墊帶式輸送機

HIVERT系列通用高壓變頻器在礦山強力皮帶機上的應用

引言

帶式輸送機是利用傳動滾筒和輸送帶之間的摩擦力，驅動輸送帶運行的連續的運輸設備。輸送帶既是牽引構件又是承載構件。

國內現有大多數煤礦的皮帶輸送機一般都采用工頻拖動，較少使用變頻器驅動。由于電機長期工頻運行加之液力耦合器效率等問題，造成皮帶運輸機運行起來非常不經濟；同時由于電機無法采用軟起軟停，在機械上產生劇烈沖擊，加速機械的磨損；還有皮帶、液力耦合器的磨損和維護等問題都會給企業帶來很大數額的費用問題。這對于現在創建節能型社會是不相符合的，對煤礦企業的皮帶輸送機進行變頻改造對節約社會能源、增加煤礦企業的經濟效益都具有非常現實的經濟意義和社會意義。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。本文主要結合北京合康變頻器的HIVERT系列通用高壓變頻器在山西呂梁市臨縣三交鎮泰業煤礦皮帶機上的實際應用情況，對高壓變頻器在皮帶傳動場合的應用特點和注意事項進行簡要介紹。

 

應用現場的基本情況

山西呂梁市臨縣三交鎮泰業煤礦隸屬于山西樓俊礦業集團有限公司，如圖(1)所示；泰業煤礦礦井結構圖，圖(2)所示；強力皮帶機數據，如表(1)，兩臺拖動電機數據一致，表(2)所示； 

 泰業煤礦礦井強力皮帶機結構圖

 

 

皮帶寬度	傾斜角度	皮帶速度	輸送長度	輸送能力
1000mm	25°	2.5m/s	665m	600T/H

表(1) 強力皮帶機的數據

 

功率	額定電壓	額定電流	功率因數	額定轉速
450kW	10000V	32.2A	0.86	1485r/min

表(2) 雙臺拖動電機數據
 

 

皮帶機的構成 

                                                                                                    圖(8) 主機運行界面                                            圖(9) 從機運行界面 

煤礦皮帶機變頻調速系統方案設計

皮帶機多機變頻調速系統的核心問題是皮帶系統中各電機的轉速和轉矩平衡問題。在實際應用中，根據現場工藝不同，可以選擇不同的變頻控制方案。

1.“一拖二”方案

此方案是采用一臺變頻器同時拖動兩臺電機運行，將各個電機定子繞組直接并聯在一臺變頻器輸出測；

“一拖二”方案中，變頻器無法對電機的轉矩進行獨立的控制，因此各電機的出力由電機的參數和皮帶參數決定；其中，影響電機功率平衡的主要因素是電機的參數差異和拖動滾筒及皮帶的包絡角差異；正常情況下，包絡角的大小只存在設計上及加工上的差異，但是當系統正常運行后，由于提升的貨物是潮濕的，皮帶在卸貨物后，上面仍殘留一些煤渣，這時候轉到拖到滾筒上，就會使拖動滾筒直徑變大；誤差越大，系統中電機的功率差異就會越大。

采用“一拖二”方案有以下三個弊端；一是變頻器不能有效的分配兩臺電機的功率；二是需要用戶經常清理拖動滾筒的煤渣及雜物；三是變頻器不能有效的保護每一臺電機；

2.“雙機聯動”方案

此方案采用兩臺變頻器分別拖動兩臺電機，將各個電機定子繞組直接分別接在兩臺變頻器輸出測；

雙機聯動同步運行變頻系統是由完全獨立的兩臺變頻器通過主、從機的同步通訊方式保證雙電機的轉速、以及功率平衡的。兩臺電機中任意一臺都可作為主機，另一臺為從機。

雙機拖動方案中，變頻器對電機的轉矩都能獨立控制，主從變頻器通訊采用光纖通訊，抗干擾能力強，通訊速率快，用戶可不必清理拖動滾筒的煤渣及雜物，變頻器主從之間可以自動來調整變頻器輸出轉速及功率一致。

 

HIVERT系列通用高壓變頻器現場應用情況

1.變頻器的選擇

綜合現場工藝要求，由于現場強力皮帶機無負力，故采用雙臺合康HIVERT系列通用高壓變頻器；變頻器輸出數據，如表(3)

 

變頻器功率	額定電壓	額定電流	輸出頻率
630kW	10000V	48A	0～50Hz

表(3)變頻器數據

2.合康變頻器雙機聯動控制技術

雙機聯動（主從控制）同步運行變頻系統是由完全獨立的兩臺或者多臺變頻器通過主、從機的同步通訊方式保證雙電機的轉速、以及功率平衡的。兩臺電機中任意一臺都可作為主機，另一臺為從機，主從機之間的同步控制是由我公司自行研發生產的“內嵌式同步控制器”實現的。同步控制的傳輸介質為光纖通訊；此種雙機通訊方式無需增加額外的繁雜的同步設備，且已經在變頻器內置完成，只需要簡單的安裝操作及設置就可實現雙（多）機同步運行。

主、從電機在運行過程中，系統會出現由工況引起的功率不對稱分配，某臺電機出力嚴重超過電動機的額定功率，而另一臺電機則會過度輕載運行。主、從電機非同步運行很容易造成運行設備的損壞。且長期運行后，超載運行的電機也會出現過熱、過載保護、過流現象或停機等事故發生。為避免功率分配的不對稱出現，HIVERT高壓變頻器通過內置的高速同步通訊，可將非同步狀態下輸出功率較大電機的超載功率部分及時平衡到輕載電機上，實時保持前后主、從電機功率均衡對稱分配，動態自動調整，由此實現主、從變頻器的同步運轉，達到雙電動機同步運行的目的。

3. 現場變頻器系統框圖，如圖(7)所示

     

4.功率平衡的解決方案

變頻器多機運行過程中，電機的功率平衡成為運行中的控制重點；

HIVERT系列通用高壓變頻器采用光纖通訊，通訊速率達500kbps，足以應付現場的通訊需求，并加入CRC校驗，保證數據傳輸的準確性。

HIVERT系列通用高壓變頻器，當主機接收到正常啟動信號后，主機啟動變頻器，同時將運行信號，運行頻率及轉矩電流發送給從機，從機按照主機發送過來的數據正常啟動、運行、輸出轉矩的控制，從機本身具備轉矩電流的調節，同時將自身的轉矩電流與主機發送過來的轉矩電流做比較，從機會自動調整自身的運行頻率，從而達到兩臺變頻器的功率平衡。主機的運行界面如圖(8)所示；從機的運行界面如圖(9)所示；

  

                                                                                                    圖(8) 主機運行界面                                            圖(9) 從機運行界面

 

總結

經過變頻技術改造后皮帶機運行良好，徹底實現了強力皮帶輸送機的軟起、軟停運行方式以及轉速和功率平衡雙閉環的調節，大大提高了系統的功率因數和系統效率。改造后系統可以根據負載變化情況自動調整輸出頻率和輸出力矩，改變了以前電機工頻恒速運行的模式，在很大程度上節約了電力能源；經過改造后的運行，事實證明HIVERT系列通用高壓變頻器有著無法比擬的優越的產品性能和無法超越的技術領先優勢；在煤炭行業的節能改造中應用能夠創造巨大的經濟效益和良好的社會效益，對于創建節能環保型的社會發揮著重要的作用。