变频调速装置在皮带应用

1、变频调速装置在皮带的应用唐山开诚电控设备集团有限公司-2-一、概述一、概述 胶带运输机是现代化煤矿高产高效的主要运输设备。胶带运输机胶带运输机是现代化煤矿高产高效的主要运输设备。胶带运输机的拖动技术形式复杂多样，调速型液力耦合器、的拖动技术形式复杂多样，调速型液力耦合器、CSTCST、固态软启动、固态软启动、直流拖动、交流变频拖动等多种形式共存；在大型胶带运输机多电机直流拖动、交流变频拖动等多种形式共存；在大型胶带运输机多电机多滚筒的拖动系统中，拖动方式以直流拖动、交流变频拖动和多滚筒的拖动系统中，拖动方式以直流拖动、交流变频拖动和CSTCST拖拖动为主。煤矿井下胶带运输机对拖动技术的要求是：

2、动为主。煤矿井下胶带运输机对拖动技术的要求是：a a、控制简单，起动特性好，调速性能好，启动转矩大；、控制简单，起动特性好，调速性能好，启动转矩大；b b、易于形成防爆结构；、易于形成防爆结构；c c、工作可靠，维护量小；、工作可靠，维护量小；d d、价格适中。、价格适中。 直流电机因不宜形成防爆结构而未能应用于井下；直流电机因不宜形成防爆结构而未能应用于井下；CSTCST的维护量的维护量及维护要求复杂，同时价格较高，因此煤矿井下应用较少；采用无速及维护要求复杂，同时价格较高，因此煤矿井下应用较少；采用无速度传感器矢量控制的防爆变频器的出现，为煤矿符合井下胶带运输机度传感器矢量控制的防爆变频器

3、的出现，为煤矿符合井下胶带运输机拖动要求且价格适中的最佳拖动设备。拖动要求且价格适中的最佳拖动设备。-3-二、变频器简介二、变频器简介 随着交流变频调速技术的日趋成熟和完善，通用变频器得到了迅速广随着交流变频调速技术的日趋成熟和完善，通用变频器得到了迅速广泛的应用，但受煤矿井下条件限制未能得到实际应用。泛的应用，但受煤矿井下条件限制未能得到实际应用。 首先是解决防爆和散热之间的问题。作为变频器的主要逆变模块首先是解决防爆和散热之间的问题。作为变频器的主要逆变模块IGBTIGBT是发热最多的器件，据专家估计：逆变模块约占整个变频器所有散热是发热最多的器件，据专家估计：逆变模块约占整个变频器所有散

4、热量的量的7070；整流模块发热也是相当大的，它所发的热量约占整个变频器的；整流模块发热也是相当大的，它所发的热量约占整个变频器的2525；而剩下的；而剩下的5 5则是电解龟容、充电电阻、均压电阻以及印制板上的则是电解龟容、充电电阻、均压电阻以及印制板上的发热元件等所产生的热量。经过不断的研究与试验，最终选择了高效能热发热元件等所产生的热量。经过不断的研究与试验，最终选择了高效能热管散热器，其极低热阻的高效散热性能，优越的双面散热形式使主要散热管散热器，其极低热阻的高效散热性能，优越的双面散热形式使主要散热得到解决。经多年实践，采用热管直冷式散热是煤矿防爆变频器的最佳选得到解决。经多年实践，采

5、用热管直冷式散热是煤矿防爆变频器的最佳选择。通过对软件、硬件的不断修改、完善，降低了逆变模块的开关损耗及择。通过对软件、硬件的不断修改、完善，降低了逆变模块的开关损耗及其他内部器件的发热。这样便解决了防爆与散热之间的冲突。最终防爆体其他内部器件的发热。这样便解决了防爆与散热之间的冲突。最终防爆体不需要外加通风装置或外接循环水，非常适用于煤矿井下的免维护要求。不需要外加通风装置或外接循环水，非常适用于煤矿井下的免维护要求。 为了适应井下电网的中性点不接地系统，采用特殊的中性点不接地吸为了适应井下电网的中性点不接地系统，采用特殊的中性点不接地吸收结构，同时采用正负母线密贴的低电感母线技术来增强直流

6、侧的吸收能收结构，同时采用正负母线密贴的低电感母线技术来增强直流侧的吸收能力，抑制逆变器高速开关形成的叠加电压。力，抑制逆变器高速开关形成的叠加电压。-4- 针对煤矿井下的特殊环境，防爆变频器除了在箱体结构方面采取了针对煤矿井下的特殊环境，防爆变频器除了在箱体结构方面采取了相应的防潮、防滴水措施外，在主回路方面尽量加大爬电距离与电气间隙，相应的防潮、防滴水措施外，在主回路方面尽量加大爬电距离与电气间隙，在控制回路方面，所有的控制板均采取了特殊防潮措施。在控制回路方面，所有的控制板均采取了特殊防潮措施。 防爆变频调速装置采用无速度传感器的矢量控制方式。实现精确的磁防爆变频调速装置采用无速度传感器

7、的矢量控制方式。实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机上安装精密的测速装置，但在井下胶带场定向矢量控制需要在异步电动机上安装精密的测速装置，但在井下胶带运输机上安装测速装置是很困难的，同时会增加系统的维护量。无速度传运输机上安装测速装置是很困难的，同时会增加系统的维护量。无速度传感器的矢量控制的基本控制思想是根据输入的电动机的参数，按照一定的感器的矢量控制的基本控制思想是根据输入的电动机的参数，按照一定的关系式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检关系式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组电压的频率使励磁电流（或者磁通）

8、和转测，并通过控制电动机定子绕组电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。采用矩电流的指令值检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。采用无速度传感器矢量控制方式的变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相无速度传感器矢量控制方式的变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩，以保证在低频运行时额定转匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩，以保证在低频运行时额定转矩的输出。矩的输出。二、变频器简介二、变频器简介-5-二、变频器带式输送机应用二、变频器带式输送机应用（1 1）优越的软起动、软停止特性）优越的软起

9、动、软停止特性 软起动、软停止特性是胶带输送机软起动、软停止特性是胶带输送机驱动系统的首选目标。胶带本身是一个驱动系统的首选目标。胶带本身是一个弹性体，在带负载运行时又具备极大的弹性体，在带负载运行时又具备极大的惯性，胶带输送机起动加速度与停车减惯性，胶带输送机起动加速度与停车减速度的值越大，在皮带上储存的能量就速度的值越大，在皮带上储存的能量就越大，而释放这些能量就会对输送机机越大，而释放这些能量就会对输送机机械系统产生极大的冲击。防爆变频器的械系统产生极大的冲击。防爆变频器的起动、停止时间是任意可调的，也就是起动、停止时间是任意可调的，也就是说起动时的加速度和停车时的减速度任说起动时的加速

10、度和停车时的减速度任意可调，同时为了平稳起动，还可匹配意可调，同时为了平稳起动，还可匹配其具备的其具备的S S型加减速时间，这样可将胶型加减速时间，这样可将胶带输送机起停时产生的冲击减至最小。带输送机起停时产生的冲击减至最小。S曲线在线性爬坡的开始和 结束加速曲线调整加速曲线设置来改变曲线的斜率时间频率-6-（2 2）平稳的重载起动）平稳的重载起动 胶带输送机在输煤过程中任意一刻都可能立即停车再重新起动，必须考虑胶带输送机在输煤过程中任意一刻都可能立即停车再重新起动，必须考虑“重载起动重载起动”能力。另外由于采用无速度传感器矢量控制方式，低频运转可输出能力。另外由于采用无速度传感器矢量控制方式

11、，低频运转可输出1.5-21.5-2倍额定转矩，因此最适于倍额定转矩，因此最适于“重载起动重载起动”。重载起动起动特性见下图。重载起动起动特性见下图。f(Hz)f(HzTN100%TN200%TN200%TNT T二、变频器带式输送机应用二、变频器带式输送机应用-7-（3 3）验带功能）验带功能 煤矿的生产运输系统多为以胶带输送机为主，运输系统检修维护的主要工作煤矿的生产运输系统多为以胶带输送机为主，运输系统检修维护的主要工作是胶带输送机的检修维护，低速验带功能是胶带输送机的检修的主要要求。变频是胶带输送机的检修维护，低速验带功能是胶带输送机的检修的主要要求。变频调速

12、系统为无级调速的交流传动系统，在空载验带状态下，变频器可调整电机工调速系统为无级调速的交流传动系统，在空载验带状态下，变频器可调整电机工作于作于5 5100100额定带速范围内的任意带速长期工作。额定带速范围内的任意带速长期工作。（4 4）功率平衡）功率平衡 煤矿井下胶带输送机系统多为双滚筒驱动或多滚筒驱动，每个驱动滚筒由单煤矿井下胶带输送机系统多为双滚筒驱动或多滚筒驱动，每个驱动滚筒由单一的一台电机拖动，为了保证系统内的同步性能，首先要求位于机头的各滚筒应一的一台电机拖动，为了保证系统内的同步性能，首先要求位于机头的各滚筒应同步启停，在某一电机故障时能系统停机，同时为了保证系统的运输能力，应

13、尽同步启停，在某一电机故障时能系统停机，同时为了保证系统的运输能力，应尽量保证各滚筒之间的功率平衡。通过调整相应两变频器的速度给定来调整两电机量保证各滚筒之间的功率平衡。通过调整相应两变频器的速度给定来调整两电机之间的速度差，便可以任意增大或减小两驱动电机的电流差值的大小。因此可以之间的速度差，便可以任意增大或减小两驱动电机的电流差值的大小。因此可以通过单独的控制系统进行系统内各电机的电流值，在通过调整各电机的速度来使通过单独的控制系统进行系统内各电机的电流值，在通过调整各电机的速度来使各电机电流值逐步趋于平衡，这便形成了一个动态的功率平衡系统。各电机电流值逐步趋于平衡，这便形成了一个动态的功

14、率平衡系统。二、变频器带式输送机应用二、变频器带式输送机应用-8-（5 5）自动调速）自动调速对应于煤矿的特殊生产条件，有时，煤的产量是极不均匀的，当然胶带输送机系对应于煤矿的特殊生产条件，有时，煤的产量是极不均匀的，当然胶带输送机系统的运煤量也是不均匀的，在负载较轻或无负载时，胶带输送机系统的高速运行统的运煤量也是不均匀的，在负载较轻或无负载时，胶带输送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，但因生产的需要胶带输送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生产的需要胶带输

15、送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，这样可控制变频器抑后降速或提统的载荷、本机运输系统的载荷进行分别测量，这样可控制变频器抑后降速或提前升速。此方案适于载荷不均的胶带输送机系统，可大大节约电能，同时降低胶前升速。此方案适于载荷不均的胶带输送机系统，可大大节约电能，同时降低胶带输送机系统的设备损耗，延长使用寿命。带输送机系统的设备损耗，延长使用寿命。二、变频器带式输送机应用二、变频器带式输送机应用-9-（6 6）超长距离运输多点驱动）超长距离运输多点驱动 机头各变频之间进行机头各变频之间进行CANBUSCANBUS通讯，实现主从功率平衡

16、控制通讯，实现主从功率平衡控制 中部各变频之间进行中部各变频之间进行CANBUSCANBUS通讯，实现主从功率平衡控制通讯，实现主从功率平衡控制 机头、中部各设置机头、中部各设置PLCPLC防爆箱对局部变频器进行速度给定与起停控制防爆箱对局部变频器进行速度给定与起停控制 机头与中部之间的功率分配由两台机头与中部之间的功率分配由两台PLCPLC防爆箱通过光纤以太网通讯实现防爆箱通过光纤以太网通讯实现 机头与中部之间的起停联锁及延时由两台机头与中部之间的起停联锁及延时由两台PLCPLC防爆箱通过光纤以太网通讯实现防爆箱通过光纤以太网通讯实现二、变频器带式输送机应用二、变频器带式输送机应用-10-

17、多点驱动的上运多点驱动的上运( (或平运或平运) )带式输送机由于驱动装置的布置形式、胶带的弹性伸带式输送机由于驱动装置的布置形式、胶带的弹性伸长、驱动滚筒包角或磨损不一造成的差别、电动机转差率的差异等使各个驱动滚长、驱动滚筒包角或磨损不一造成的差别、电动机转差率的差异等使各个驱动滚筒的牵引力不等，因而各驱动电机不可避免的存在功率不平衡现象。功率不平衡筒的牵引力不等，因而各驱动电机不可避免的存在功率不平衡现象。功率不平衡使电机负荷分配不均，驱动装置过度磨损，甚至烧毁电动机，因此采用多点驱动使电机负荷分配不均，驱动装置过度磨损，甚至烧毁电动机，因此采用多点驱动时要调节各驱动部的功率平衡。时要调节

18、各驱动部的功率平衡。 在井下皮带变频拖动中，变频主从皮带机是两台或多台变频拖动同轴或独立的在井下皮带变频拖动中，变频主从皮带机是两台或多台变频拖动同轴或独立的两台及以上电机同步拖动同一条皮带对物体进行上下运输的，进行最大功率的稳两台及以上电机同步拖动同一条皮带对物体进行上下运输的，进行最大功率的稳定运转的系统。要求做到整个系统中电机之间的功率平衡，在下运皮带中还要求定运转的系统。要求做到整个系统中电机之间的功率平衡，在下运皮带中还要求变频器能四象限运行。变频器能四象限运行。 我公司变频器控制主从皮带机时将多台变频器分别设为一台主机和多台从机，我公司变频器控制主从皮带机时将多台变频器分别设为一台

19、主机和多台从机，通过主从变频器间的相互通讯从而控制电机间轴上的输出功率和转速同步的。通过主从变频器间的相互通讯从而控制电机间轴上的输出功率和转速同步的。( (如如图图1) 1) 三、变频器带式输送机重点介绍三、变频器带式输送机重点介绍- -自动功率平衡自动功率平衡-11-实际接线实际接线CAN-BUSCAN-BUS通讯线通讯线三、变频器带式输送机重点介绍三、变频器带式输送机重点介绍- -自动功率平衡自动功率平衡-12-功率平衡系统安装调试时需注意的事项：功率平衡系统安装调试时需注意的事项：1 1、系统连接、系统连接 功率平衡系统在进行系统接线时，需要将多台变频器中的功率平衡通讯线使用功率平衡系

20、统在进行系统接线时，需要将多台变频器中的功率平衡通讯线使用屏蔽双绞线连接在一起屏蔽双绞线连接在一起, ,如图如图三、变频器带式输送机重点介绍三、变频器带式输送机重点介绍- -自动功率平衡自动功率平衡-13-功率平衡系统安装调试时需注意的事项：功率平衡系统安装调试时需注意的事项：1 1、系统连接、系统连接 功率平衡系统在进行系统接线时，需要将多台变频器中的功率平衡通讯线使用功率平衡系统在进行系统接线时，需要将多台变频器中的功率平衡通讯线使用屏蔽双绞线连接在一起。屏蔽双绞线连接在一起。2 2、终端电阻、终端电阻 主板中有且只有两个短路块，均为通讯设定的终端电阻配置选择用。在功率平主板中有且只有两个

21、短路块，均为通讯设定的终端电阻配置选择用。在功率平衡系统中的通讯线中，需要在整个系统的两个端配置终端电阻。方法是将主板上衡系统中的通讯线中，需要在整个系统的两个端配置终端电阻。方法是将主板上的短接点用短路块连接在一起，非端变频器需要将主板上的短接点断开（系统的的短接点用短路块连接在一起，非端变频器需要将主板上的短接点断开（系统的默认配置为都有短路块，此短路块需要在现场进行配置，在车间进行调试的时候默认配置为都有短路块，此短路块需要在现场进行配置，在车间进行调试的时候需要去除，调试完毕应恢复。在现场根据实际接线情况配置）。在上图中，一号需要去除，调试完毕应恢复。在现场根据实际接线情况配置）。在上图中，一号和三号变频器需要短接主板上的终端，而二号则要断开主板上的短接点。和三号变频器需要短接主板上的终端，而二号则要断开主板上的短接点。3 3、参数设置、参数设置 要进行功率平衡主从通讯，需要在变频器中进行参数设置。设置顺序为先设定要进行功率平衡主从通讯，需要在变频器中进行参数设置。设置顺序为先设定主机（一般为皮带中最先出力的那个电机，或同轴电机中的一个）后设定从机，主机（一般为皮带中最先出力的那个电机，或同轴电机中的一个）后设定从机，如表如表1 1（注：停车方式均为自由停车）。（注：停车方式均为自由停车）。三、变频器带式输送机