高压变频器在钢缆机上的应用 1

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摘 要：煤矿的运输设备主要包括提升机、皮带机和钢缆机，露天开采的铁路机车，大型煤矿的直接汽车运输，但是皮带机和钢缆机仍然是大型煤矿的主要运输设备。
关键词：四象限 高压变频器 钢缆机 主从控制 功率平衡
概述
　　煤矿的四大件设备，主要是提升运输设备、煤矿主通风设备、煤矿排水设备和煤矿压风设备，煤矿提升运输设备是煤矿的“印钞机”，煤矿生产过程中煤炭的运输通道，是煤矿生产的重要设备。在煤矿提升运输设备中，皮带机占有重要的地位，钢缆机作为皮带机的一种，一直在煤矿的生产中扮演重要的角色。
　　桑树坪煤矿一号井钢缆牵引胶带输送机（以下简称钢缆皮带机）承担着斜井原煤运输和人员上下井的任务。这部胶带输送机现有驱动系统采用的是晶闸管串级调速，电动机为JRQ158-6型高压绕线式电机（功率550kW，电压6kV），减速机为NGW172型行星齿轮减速机，无软启动装置。张紧方式为重锤张紧。
　　这部钢缆皮带机安装于1978年，并于1979年11月移交使用，至今已服务近30年。30年间，虽经过几次现场部件大修，但也只能勉强维持生产。2007年以来，该设备运转状况急剧变差，各项主要技术指标严重下降。存在的主要问题有：
　　1、电机存在缺陷，各项主要性能指标明显下降。
　　2、两台行星齿轮减速器运行状况十分不好，严重影响生产。
　　3、SECJ-06全数字逆变控制器经常出现故障，导致无法正常工作。
　　4、给主电机供电的高压接触器，整机已严重老化，经常出现故障，
　　5、高压开关柜为油断路器，有滲油现象，保护不齐全。

钢缆皮带机
一、改造方案
　　为确保钢缆皮带机的安全运转，保证桑树坪煤矿的安全生产正常进行，咸阳顺安煤矿设计院根据桑树坪煤矿要求，对该矿钢缆皮带机的电控系统改造进行了认真的分析论证，在满足《煤矿安全规程》和矿方实际要求的前提下，本着安全、高效、经济可行的原则，提出了高压变频调速改造方案：
　　更新用户现场的高低压配电系统，采用PLC电控系统，采用高压变频器拖动系统，更换电机和减速机。
　　该改造方案中，高低压配电系统、PLC电控系统、电机和减速机具有成熟厂商和设备;在高压变频器的选择上，因为在国内钢缆机的拖动中使用高压变频器的尚无可以参考的成功案例，且桑树坪煤矿的钢缆机在运行过程中有负力，特殊情况下要求反转，进一步提高了对变频器的要求，设计院和韩城矿务局做了大量工作，最终选定北京合康亿盛科技有限公司生产的两台HIVERT-YVF06/077高压变频器。该变频器是矢量控制、再生制动、四象限运行的变频器，变频器采用主从控制方式，使得变 频器在运行过程中具有相同的运行参数，同步启动，功率平衡由电控系统参与完成。
　　钢丝绳牵引胶带输送机是一种长距离、大运量、高效能的运输设备。在桑矿，钢缆胶带机除运煤外，还兼作上下人员用。
　　该矿钢缆胶带机的传动装置示意图如图1所示。

图1　钢缆胶带机的传动装置示意图
　　为了提高胶带输送机工作的灵活性与可靠性，该矿钢缆胶带机具有两种工作模式：
　　（1）正常工作模式（即双机拖动），不使用机械差速器，每个电机拖动一个驱动轮，两电机之间无刚性连接，而是由钢丝绳和胶带构成弹性联接，两电机的调速回路各自独立。
　　（2）备用工作模式（即单机拖动），当其中一套调速装置发生故障时，可变双机拖动为单机拖动，以维持生产的正常进行。
二、拖动电机同步启动和功率平衡控制方案
　　正常工作模式即双机拖动时，由于钢缆胶带机的两台拖动电机不同轴连接，为了全过程中实现胶带机两驱动电机之间的速度同步及功率平衡，则两电机的控制不应是各自独立，而是彼此相互关联的。因此，设计中采用主从控制方式，通过采集电机电流判断，进行PID调节以达到两驱动电机之间的速度同步及功率基本平衡。系统速度、电流闭环控制框图2如下。
　　

图2 系统框图