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英威腾高压变频器在越南煤矿皮带机上的应用
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摘要:采用高压变频器驱动带式输送机,是矿井提高皮带寿命、安全可靠性的重要手段。本文通过对液力耦合器与变频器在皮带机应用的比较,结合越南某煤矿的皮带变频改造现场,介绍皮带机系统变频改造相关技术,以及高压变频器在皮带机系统上的应用情况。

 

关键词:皮带机、GD5000高压变频器、矢量技术、主从控制、功率均衡

 

一、引言


皮带机在煤矿的使用非常普遍。皮带机上的皮带是一个弹性体,因此,《煤矿安全规程》规定,大功率皮带机必须加设软启动装置。目前煤矿采用的软启动装置绝大部分是液力耦合器。还有使用CsST的(集变速箱,耦合器,电液控制为一体)。液力耦合器(液耦)虽然能部分解决皮带机的软启动问题,但还是存在维护工作量大,能耗高,对皮带强度要求高等弊端。随着高压变频技术的不断进步和完善,已经逐步取代传统液耦的位置。

 

二、皮带机工作原理和特点


皮带机通过驱动轮鼓,靠摩擦牵引皮带运动,皮带通过张力变形和摩擦力带动物体在支撑辊轮上运动,皮带是弹性储能材料,在皮带机停止和运行时都储存有大量势能,这就决定了皮带机的启动应该采用软启动的方式。目前煤矿采用的软启动装置绝大部分是液力耦合器,通过市场调查和用户的反馈,液力耦合器在驱动皮带机时的种种弊端已暴露无遗,液力耦合器正逐步的被高压变频器所取代。

 

三、液力耦合器与变频器驱动皮带机的优劣点
 

1、传统液耦存在的弊端如下:


(1)采用液耦,电动机必须先空载启动。工频启动时,启动电流很大,为电动机额定电流的4~7倍。启动瞬间电流会在启动过程中产生冲击,引起电动机内部机械应力和热应力发生变化,对机械部分造成严重磨损甚至损坏。同时还将引起电网电压的下降,影响到电网内其他设备的正常运行,因此,大容量的皮带机还必须附加电动机软启动设备。如:水电阻;

 

(2)液耦长时间工作时会引起液体温度升高,熔化金合塞,还会引起漏液,增大维护工作量,污染环境;

 

(3)采用液耦时皮带机的加载时间较短,容易引起皮带张力变化,因此对皮带带强度要求较高;

 

(4)一般的皮带机都是长距离大运量,通常都是多电机驱动,采用液耦驱动很难解决多电机驱动时的功率平衡问题。

 

2、采用高压变频器对皮带机进行驱动的优势如下:

 

1、真正实现皮带机软启动。通过电机慢速启动带动皮带机缓慢启动,将胶带内部贮存的能量缓慢释放,可将输送机启停时产生的冲击减至最小,几乎对胶带不造成损害;

 

2、降低胶带带强。由于变频器启动时间可以在1~3600s内调整,皮带机启动时间通常在60~200s内根据现场情况设定。启动时间延长大大降低对带强的要求,减少设备初期投资。实际应用中,由于降低了启动冲击,机械系统的损耗也随之降低,尤其托辊及滚筒寿命大大延长;

 

3、实现皮带机多电机驱动时的转矩平衡。应用变频器对皮带机驱动时可以采用一拖一控制,多电机驱动时采用主从或协调柜控制方式,实现转矩平衡;

 

4、验带功能。低速验带功能是皮带机检修的要求。变频调速系统为无极调速的交流传动系统,在空载验带状态下可调整0~100%额定带速范围内的任意带速;

 

5、平稳的重载启动。变频器低频运转可输出2.2倍额定力矩,适于重载启动;

 

6、自动调速。变频器配合煤流传感器可以根据负载轻重自动调节胶带速度,节电的同时还减少了胶带的磨损;

 

7、节能。对应于煤矿的特殊生产条件,有时,煤的产量是极不均匀的,当然皮带机系统的运煤量也是不均匀的,在负载轻或无负载时,皮带机系统的高速运行对机械传动系统的磨损浪费较为严重,同时电能消耗也较低速运行大的多,但因生产的需要皮带机系统又不能随时停车,采用单独的控制系统对前级运输系统的载荷、本机运输系统的载荷进行分别测量,这样可控制变频器降速或提前升速。对于载荷不均的皮带机系统,可节约电能、降低皮带的磨损。

 

四、用户现场介绍

 

越南该煤矿位于越南广宁省,隶属于越南政府企业,该煤矿皮带机参数如下表:

 

煤矿皮带机参数

 

现场图片如下:

 

现场图片

现场图片

 

电机和齿轮减速器(减速比1:50)

电机和齿轮减速器(减速比1:50)

 

滚筒

滚筒

 

英威腾高压变频器

英威腾高压变频器

 

出煤图

出煤图

 

五、英威腾GD5000系列高压变频器调试


GD5000系列高压变频器调速系统是我公司自主研发、设计的新一代高压变频调速系统,它采用了当前最先进的高性能的无速度传感器矢量控制方式,同时兼容了矢量化的VF控制,使产品具有:高质量的输入特性、高功率因数以及完美的电源输出特性。同时具有控制精度高、动态力矩响应快、低频转矩输出力矩大、双频制动快、单面正面维护等优点。

 

GD5000系列高压变频器调速系统采用多单元串联脉宽调制叠波技术,通过功率单元串联,从电网的输入电压经过移相变压器,变成3*N路三相660V/690V的低压电压(N为每相功率单元的个数),然后把这些电压输出分别给每个功率单元供电。每个单元采用H桥的方式,由主控系统采用移相的方式,控制每个H桥的PWM输出;把同一相的单元PWM输出串联起来,每相的第一个单元采用"Y"方式连接,三相最后一个单元合成高压电压输出;通过功率单元的逆变转换,实现了AC-DC-AC转换。

 

根据现场考察与用户沟通,我司为该煤矿配置两套GD5000系列高压变频器,额定功率:450KW,额定电流:54A,额定电压6KV,两台高压变频器采用矢量运行,控制方式为主从控制,按照VF运行——参数自学习——矢量运行的方式分别调试主、从机,记录参数如下:

 

主机调试参数:

 

主机调试参数

 

从机调试参数:

 

从机调试参数

 

参数自学习结果:

 

参数自学习结果

 

通过参数自学习结果观察,两台电机相关参数相差不大,对比相同频率下VF模式和矢量模式变频器输出电压和电流,相差也不大,印证了变频器工作正常,参数自学习结果正确。单机调试完成,又进行主从模式调试,从0HZ-50HZ运行,观察主机、从机输出电流和电压,两台变频器运行正常,电机运行稳定,调试完成。

 

六、结束语


皮带机的驱动系统采用英威腾生产的GD5000系列高压变频器,不但提高了生产效率和系统的综合可靠性,降低了能耗,而且达到了现场安装方便、运行性能安全良好的效果。实践证明,利用技术先进、成熟安全的高压变频调速系统可以全面实现高效调节现场工况,提高系统自动化程度,节约电能的目的。使用高压变频器可以大大降低现场维护量,带来可观的效益,切实响应国家节能降耗的号召,值得大力推广。
 

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