引言
　　國(guó)內(nèi)現(xiàn)有大多數(shù)煤礦的大功率膠帶輸送機(jī)一般都采用工頻拖動(dòng)，較少使用變頻器驅(qū)動(dòng),。由于電機(jī)長(zhǎng)期工頻運(yùn)行加之液力耦合器效率低,，即使在液力耦合調(diào)速情況下，由于膠帶彈性伸縮性勢(shì)能的影響和液力耦合的調(diào)速精度,，也很難做到前后兩臺(tái)高壓電機(jī)的同步,，由于電機(jī)無法采用軟起、軟停,，膠帶機(jī)啟動(dòng)時(shí),，在機(jī)械間產(chǎn)生劇烈沖擊，加速機(jī)械的磨損,，甚至造成膠帶坼裂等現(xiàn)象,，膠帶機(jī)的磨損、液力耦合器的維護(hù)頻度增大等問題更是給企業(yè)帶來較大數(shù)額的維護(hù)費(fèi)用問題,。這對(duì)于現(xiàn)在創(chuàng)建節(jié)能,、節(jié)支的社會(huì)環(huán)境是不相符合的。對(duì)煤礦企業(yè)的膠帶輸送機(jī)進(jìn)行變頻改造,，為社會(huì)節(jié)約能源,、為企業(yè)增加效益都具有非常現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義,。
1.概況
　　某露天煤礦新出入溝帶式輸送機(jī)依啟動(dòng)順序由M303,、M304、M305組成,，長(zhǎng)度分別是300米,、100米、780米,，來料點(diǎn)有三個(gè),，均落于M305上，三條輸送機(jī)均使用變頻器啟動(dòng),、停機(jī),，M305電機(jī)功率為2*710KW。
2.膠帶機(jī)的工作原理和特點(diǎn)
　　膠帶機(jī)通過驅(qū)動(dòng)輪鼓,，靠摩擦牽引膠帶運(yùn)動(dòng),，膠帶通過張力變形和摩擦力帶動(dòng)物體在支撐輥輪上運(yùn)動(dòng)。膠帶是彈性儲(chǔ)能材料,，在膠帶機(jī)停止和運(yùn)行時(shí)都儲(chǔ)存有大量勢(shì)能,，這就決定了膠帶機(jī)的啟動(dòng)時(shí)應(yīng)該采用軟啟動(dòng)的方式。國(guó)內(nèi)大多數(shù)煤礦采用液力耦合器來實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)的軟啟動(dòng),，在啟動(dòng)時(shí)調(diào)整液力耦合器的機(jī)械效率為零,，使電機(jī)空載啟動(dòng),。
　　采用液力耦合器軟起膠帶機(jī)時(shí)，由于調(diào)速范圍窄,，低速時(shí)啟動(dòng)時(shí)間短,、加載力大，同時(shí)前后雙機(jī)驅(qū)動(dòng)同一膠帶工作時(shí)難以真正解決負(fù)載功率和膠帶彈性勢(shì)能功率的分配和同步問題,，容易引起皮帶斷裂和老化,，要求皮帶的強(qiáng)度高。加之液力耦合器長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)引起其內(nèi)部油溫升高,、金屬部件磨損,、泄漏及效率降低等情況發(fā)生，不僅會(huì)加大維護(hù)難度和成本,，還污染了環(huán)境,。
3.負(fù)載參數(shù)及高壓變頻器型號(hào)
　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載性質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，高壓變頻器型號(hào)配置稍大一些選取,，選擇6KV-950KVA高壓變頻器拖動(dòng),，電壓源型，多功率模塊串聯(lián),，交直交,、高高方式。
　　一臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)高壓變頻器,，接入6KV主動(dòng)力電源系統(tǒng)中,，變頻器的運(yùn)行方式由中央控制室系統(tǒng)集中控制。
　　配套電機(jī)參數(shù)：
　　電動(dòng)機(jī)名稱：YPT-500
　　額定功率(KW)：710
　　額定電流(A)：83
　　額定電壓(KV)：6
　　額定轉(zhuǎn)速(r/min)：1495
　　功率因數(shù)：0.84
　　臺(tái)數(shù)：2
4.高壓變頻器主回路示意圖

圖1 主回路示意圖
　　注意：a. QS1,、QS2為主機(jī)開關(guān)柜高壓隔離開關(guān),，控制M1電機(jī)運(yùn)行; QS3、QS4為從機(jī)開關(guān)柜高壓隔離開關(guān)控制M2電機(jī)運(yùn)行,。
　　b. QS為單刀隔離開關(guān),。
5.控制系統(tǒng)方框圖

圖2 控制系統(tǒng)方框圖
　　雙電機(jī)同步運(yùn)行過程：
　　由中控室系統(tǒng)操作員通過DCS與雙機(jī)同步變頻器主機(jī)PLC通訊，傳送轉(zhuǎn)速運(yùn)行需要的給定頻率,、啟動(dòng),、停止等信息操作主機(jī);雙機(jī)同步主機(jī)接收到信息后，實(shí)時(shí)對(duì)從機(jī)發(fā)出相應(yīng)的給定頻率或控制信號(hào),，從機(jī)反饋信息,，并響應(yīng)和執(zhí)行主機(jī)的命令;
　　膠帶輸送機(jī)前后主、從電機(jī)在運(yùn)行過程中隨時(shí)會(huì)受到膠帶本身張力的影響,，這時(shí)候系統(tǒng)就出現(xiàn)工況引起的功率不對(duì)稱分配,，某臺(tái)電機(jī)出力嚴(yán)重超過電動(dòng)機(jī)的額定功率，而另一臺(tái)電機(jī)則會(huì)過度輕載運(yùn)行,。主,、從電機(jī)非同步運(yùn)行很造成的膠帶坼裂,。況且長(zhǎng)期運(yùn)行后，超載運(yùn)行的電機(jī)也會(huì)出現(xiàn)過熱,、過載保護(hù),、過流現(xiàn)象或停機(jī)等事故發(fā)生。為避免功率分配的不對(duì)稱出現(xiàn),，安邦信高壓變頻器可將非同步狀態(tài)下輸出功率較大電機(jī)的超載功率部分(超過自身額定功率的那部分功率)即時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)移到輕載電機(jī)上，實(shí)時(shí)保持前后主,、從電機(jī)功率均衡對(duì)稱分配,，動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)整，依此實(shí)現(xiàn)主機(jī)變頻器和從機(jī)變頻器的同步運(yùn)轉(zhuǎn),，達(dá)到膠帶輸送機(jī)機(jī)首,、尾雙電動(dòng)機(jī)的同步運(yùn)行。
　　主,、從機(jī)之間可以對(duì)重故障,、輕故障、輸出頻率等狀態(tài)實(shí)時(shí)處理,，協(xié)調(diào)一致,，實(shí)現(xiàn)主、從電動(dòng)機(jī)之間的同步運(yùn)轉(zhuǎn),。同時(shí),，主、從機(jī)變頻器也可以通過用戶接口實(shí)時(shí)將各運(yùn)行狀態(tài)信息,、故障信息等傳送到中控室,。
　　當(dāng)變頻器運(yùn)行過程中，主機(jī)功率模塊出現(xiàn)輕故障時(shí),，主,、從機(jī)變頻器之間相互通訊，主機(jī)變頻器對(duì)發(fā)生故障的功率模塊進(jìn)行實(shí)時(shí),、自動(dòng)處理,，旁路后降低適當(dāng)轉(zhuǎn)速仍舊運(yùn)行，同時(shí)主機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)從機(jī)變頻器發(fā)出通訊指令,，要求從機(jī)變頻器按照主機(jī)變頻器的當(dāng)前運(yùn)行轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn),，從機(jī)變頻器即時(shí)響應(yīng)主機(jī)變頻器的發(fā)出的指令，自動(dòng)將當(dāng)前的輸出頻率調(diào)整到和主機(jī)變頻器輸出轉(zhuǎn)速一致的狀態(tài),，即實(shí)現(xiàn)了主,、從電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速同步的效果。
　　同樣,，在從機(jī)變頻器出現(xiàn)輕故障,，自動(dòng)旁路,、降低適當(dāng)轉(zhuǎn)速后運(yùn)行，從機(jī)變頻器即時(shí)對(duì)主機(jī)變頻器發(fā)出輕故障通訊信息,，主機(jī)變頻器根據(jù)從機(jī)變頻器發(fā)出的信息,，即時(shí)分析、處理,，然后按照從機(jī)的發(fā)出的信息請(qǐng)求,，自動(dòng)調(diào)整當(dāng)前的輸出轉(zhuǎn)速，使其保持與從機(jī)變頻器運(yùn)行速度實(shí)時(shí)保持一致,。
　　綜上述,，雙機(jī)通訊處理系統(tǒng)對(duì)主、從變頻器系統(tǒng)協(xié)調(diào)和控制,，相互通訊,、互傳信息。DCS系統(tǒng)把運(yùn)行頻率發(fā)送到通訊系統(tǒng),，通訊系統(tǒng)將給定轉(zhuǎn)速傳送主機(jī),，再由主機(jī)通訊傳送到從機(jī)。當(dāng)主機(jī)有輕故障時(shí)從機(jī)會(huì)跟隨主機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)采取相應(yīng)處理措施,，同樣當(dāng)從機(jī)有輕故障時(shí)主機(jī)也會(huì)實(shí)時(shí)跟隨主機(jī)采取響應(yīng)處理措施,，同時(shí)借助于雙電動(dòng)機(jī)功率檢測(cè)處理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整主,、從電機(jī)同步運(yùn)行,，真正實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)轉(zhuǎn)速的同步運(yùn)轉(zhuǎn)。
6.高壓變頻器的系統(tǒng)控制和原理
　　高壓變頻系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程集中控制室系統(tǒng)控制及就地手動(dòng)控制功能,，主變頻器的頻率控制和運(yùn)行指令是由集控系統(tǒng)發(fā)出給定的,，主機(jī)接受來自于集控系統(tǒng)的指令后，即時(shí)對(duì)從機(jī)發(fā)出相關(guān)控制及運(yùn)行指令,，要求從機(jī)服從和執(zhí)行于主機(jī)的發(fā)出的各種指令,，同步于主機(jī)工作。最終M305輸送機(jī)執(zhí) 行了集中控制室系統(tǒng)發(fā)出的所有給定命令進(jìn)行工作,。雙高壓變頻器根據(jù)集中控制室的指令拖動(dòng)電機(jī) 啟動(dòng),、增速、減速,、及停止,。主、從變頻器系統(tǒng)均有各自的負(fù)載動(dòng)態(tài)功率信號(hào)采集,，系統(tǒng)將采集到 的各系統(tǒng)功率信息即時(shí)處理,，主、從閉環(huán)分配，從而做到膠帶張力恒定,、穩(wěn)速運(yùn)行,，保證膠帶機(jī)可靠運(yùn)行。安邦信低頻大轉(zhuǎn)矩型雙電機(jī)同步運(yùn)行高壓變頻器可以保證電機(jī)在低速啟動(dòng)時(shí)平穩(wěn)啟動(dòng),、穩(wěn)定加速運(yùn)行,。高壓變頻器系統(tǒng)組成一般為：旁路柜、變壓器柜,、功率柜,、控制柜四部分組成。旁路柜也是開關(guān)柜,，里面由高壓隔離開關(guān),、PT、CT等開關(guān)或檢測(cè)元器件組成;變壓器柜主要由移相整流變壓 器組成;功率柜由功率單元組成,，為電機(jī)提供電源的逆變輸出環(huán)節(jié)的主要組成部分;控制柜是由整個(gè)變頻系統(tǒng)的電氣控制,、數(shù)據(jù)通訊,、數(shù)據(jù)采樣與處理,、中央集控系統(tǒng)的控制指令接口等部分組成。 同時(shí)控制電源系統(tǒng)三級(jí)備用,、自動(dòng)投切功能,，保證控制系統(tǒng)運(yùn)行的高可靠、高穩(wěn)定性,。
　　6.1輸入變壓器
　　AMB-HVI系列高壓變頻器的輸入側(cè)變壓器采用移相整流變壓器,，其電氣原理圖如圖3所示。變壓器原邊繞組為6KV,，副邊共十八個(gè)繞組分為三相,。每相有6個(gè)次級(jí)繞組，按照一定移相角度依次繞制而成,，然后將各次級(jí)繞組連接到各功率單元上,，這種逐次移相式接法可以有效地減小各齊次諧波含量，此外,，采用移相變壓器進(jìn)行隔離輸出,，使得輸入側(cè)諧波控制在4%以內(nèi)，完全低于國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成干擾,。

圖3 移相整流變壓器電氣原理圖
　　

圖4移相式變頻系統(tǒng)主電路拓?fù)鋱D

　　6.2功率單元
　　AMB-HVI系列高壓變頻器每相由六個(gè)功率單元串聯(lián)而成，各位置的功率單元間具有完全的互換性,。每個(gè)功率單元為三相輸入,、H橋輸出，交直交,、PWM電壓源型逆變結(jié)構(gòu),。單元具有缺相,、過壓、欠壓,、過熱,、短路、通訊等保護(hù)或功能,。其結(jié)構(gòu)如圖5所示,。通過中央處理器控制各IGBT的工作狀態(tài)，輸出PWM電壓波形,。每個(gè)功率單元輸出電壓為580V,，串聯(lián)后輸出相電壓3480V，線電壓達(dá)到6KV,?！?br />
圖5 變頻器功率單元圖
　　AMB-HVI系列高壓變頻器輸出采用高-高、多重化,、多功率單元堆波,、串聯(lián)疊加技術(shù)，各功率單元均由輸入隔離變壓器的次級(jí)隔離繞組分別供電,，同一相的功率單元輸出相同幅值的基波電壓,，各功率單元輸入之間互相錯(cuò)開一定電角度，實(shí)現(xiàn)輸入多重化,，輸出多電平PWM電壓,，使得輸出電壓接近正弦波。輸出電壓的每個(gè)電平臺(tái)階只有單元直流母線電壓大小,，所以dv/dt很小,，輸出相電壓為13電平，線電壓為25電平,。多電平數(shù)和高開關(guān)頻率有利于改善輸出波形,，降低輸出諧波，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)均可保持在0.95以上,，因此不需要配備改善功率因數(shù)的功率因數(shù)補(bǔ)償器或?yàn)V波器,，就可以實(shí)現(xiàn)完美的正弦波輸出。其輸出波形如圖6所示,。

圖6 高壓變頻器的輸出電壓和電流波形
　　6.3功率模塊IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)措施
　　在AMB-HVI變頻器的功率單元中,，使用高性能、智能化的專用IGBT驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)主控系統(tǒng)輸出的PWM控制信號(hào)進(jìn)行隔離,、緩沖處理后,，使弱電信號(hào)驅(qū)動(dòng)高壓回路中的大功率IGBT器件輸出電壓。
　　單元具有短路、過壓,、欠壓監(jiān)測(cè)和保護(hù)等功能,，當(dāng)負(fù)載或功率單元一旦出現(xiàn)短路、過流,、欠壓等等故障時(shí),，驅(qū)動(dòng)模塊將故障信號(hào)上傳到單元CPU系統(tǒng)，主控系統(tǒng)的微處理器即時(shí)根據(jù)故障類型進(jìn)行辨別處理后,，再次判斷故障的真實(shí)性,，對(duì)虛假故障(干擾信號(hào))進(jìn)行窄脈沖濾除處理，單元CPU系統(tǒng)將故障信號(hào)進(jìn)行即時(shí)分析和處理后,，采取報(bào)警停機(jī)或繼續(xù)運(yùn)行命令,。此項(xiàng)功能更加增加了功率模塊的抗干擾能力，增加了設(shè)備運(yùn)行的可靠程度,，保護(hù)變頻器與設(shè)備系統(tǒng)的安全,，不至于造成更大的故障和更大的經(jīng)濟(jì)損失。
7.綜述
　　該變頻控制系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn),、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,、調(diào)速范圍廣、正弦波輸出,、功率因數(shù)高等特點(diǎn),，總體諧波畸變THD小于4%,，對(duì)電網(wǎng)諧波污染小,，滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，不必采用功率因數(shù)補(bǔ)償裝置,，對(duì)原系統(tǒng)高壓電機(jī)和高壓電纜沒有特殊要求,，可以使用普通的高壓異步電機(jī)。