一、引言

當(dāng)前大多數(shù)電廠輸煤皮帶機(jī)系統(tǒng)都采用工頻驅(qū)動(dòng)工作方式，結(jié)合液力耦合器實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)。由于電機(jī)無法采用軟起軟停，在機(jī)械上產(chǎn)生劇烈沖擊，加速機(jī)械的磨損，對(duì)電網(wǎng)的沖擊也很大;且多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶機(jī)，由于滾筒的磨損程度不同，造成滾筒不等徑，使得電機(jī)負(fù)荷不平衡，對(duì)皮帶設(shè)備的沖擊很大，導(dǎo)致設(shè)備的故障率提高，維護(hù)費(fèi)用加大等問題。隨著高壓變頻技術(shù)不斷進(jìn)步和完善，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，相關(guān)問題也迎刃而解了。

二、國(guó)電常州3#輸煤皮帶機(jī)簡(jiǎn)介

國(guó)電常州發(fā)電廠3#輸煤皮帶機(jī)，皮帶總長(zhǎng)2015m，采用3電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)1為主電機(jī)，電機(jī)2和電機(jī)3為從電機(jī)，電機(jī)功率為420kW，皮帶寬1.8m，帶速3.5m/s，額定卸煤出力3840t/h。布局示意圖如圖1所示。

電機(jī)通過液力耦合器和減速器帶動(dòng)滾筒，靠摩擦牽引皮帶運(yùn)動(dòng)，皮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)。皮帶是彈性儲(chǔ)能材料，在皮帶機(jī)停止和運(yùn)行時(shí)都儲(chǔ)存有大量勢(shì)能，這就決定了皮帶機(jī)的啟動(dòng)時(shí)應(yīng)該采用軟啟動(dòng)的方式。

三、北京利德華福公司HARSVERT-VA系列變頻器簡(jiǎn)介

HARSVERT-VA系列高壓變頻器是由北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)。該系統(tǒng)為電壓源型高壓變頻器，具有運(yùn)行穩(wěn)定、調(diào)速范圍廣、輸出波形好、輸入電流諧波低、功率因數(shù)高、效率高等特點(diǎn)。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。其控制方式采用先進(jìn)的無速度傳感器矢量控制方式，控制精度高，響應(yīng)速度快，可將電機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流解耦，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，具體控制原理如圖3所示。

從電動(dòng)機(jī)定子檢測(cè)的三相電流經(jīng)"三相靜止/兩相靜止( )"的坐標(biāo)變換，變換成 和 ;從電動(dòng)機(jī)定子檢測(cè)的三相電壓經(jīng)"三相靜止/兩相靜止( )"的坐標(biāo)變換，變換成 和 ，其中下標(biāo)s表示定子量。 和 、 和 四個(gè)量經(jīng)過"轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器"的計(jì)算，可以得到轉(zhuǎn)子磁鏈角度(由它確定轉(zhuǎn)子的位置)和轉(zhuǎn)速估計(jì)值 。 和 經(jīng)"兩相靜止/兩相旋轉(zhuǎn)( )"的坐標(biāo)變換，變換成 和 。將"轉(zhuǎn)速給定值"與"轉(zhuǎn)速估計(jì)值"經(jīng)過比較后的值，通過"PI調(diào)節(jié)器"產(chǎn)生的"轉(zhuǎn)矩給定"值，再經(jīng)"k"計(jì)算后，產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩電量分量 ;由"轉(zhuǎn)速估計(jì)值"確定"磁鏈給定"，并經(jīng)過" "的計(jì)算后，產(chǎn)生了電流分量 。轉(zhuǎn)矩電流分量 和計(jì)算得出的 經(jīng)過比較后，再通過"PI調(diào)節(jié)器"產(chǎn)生的值，與 軸解耦補(bǔ)償電壓值 比較后，得出兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩電壓分量 ;勵(lì)磁電流分量 和計(jì)算得出的 經(jīng)過比較后，再通過"PI調(diào)節(jié)器"產(chǎn)生的值，與 軸解耦補(bǔ)償電壓值 比較后，得出兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的勵(lì)磁電壓分量 。產(chǎn)生d-q坐標(biāo)系上定子電壓設(shè)定值 和 ，再經(jīng)過"兩相旋轉(zhuǎn)/兩相靜止( )"的坐標(biāo)變換，產(chǎn)生定子電壓的設(shè)定值 和 。 和 為直接控制變頻器的電壓值。

四、 皮帶機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及運(yùn)行效果

4.1控制方案

為了實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的重載軟啟動(dòng)和3臺(tái)電機(jī)平衡出力，采用主從方式的矢量控制方式。1#、2#和3#變頻器分別控制電機(jī)1、電機(jī)2和電機(jī)3，控制系統(tǒng)圖如圖4所示

1#變頻器工作方式為恒頻率輸出，作為主變頻器，2#和3#變頻器工作方式為恒轉(zhuǎn)矩輸出方式，作為從變頻器，主變頻器控制從變頻器的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)三臺(tái)電機(jī)協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)整個(gè)皮帶機(jī)，出力均衡，運(yùn)行穩(wěn)定。具體為，現(xiàn)場(chǎng)控制臺(tái)只對(duì)1#變頻器發(fā)送指令，通過4-20mA信號(hào)給定需要的轉(zhuǎn)速，通過開關(guān)節(jié)點(diǎn)控制1#變頻器的啟動(dòng)和停止;1#變頻器接收到啟動(dòng)指令后，開始啟動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)2#變頻器和3#變頻器，并計(jì)算電機(jī)1的輸出轉(zhuǎn)矩，以4-20mA模擬量信號(hào)的方式將電機(jī)1的輸出轉(zhuǎn)矩送到2#和3#變頻器。2#和3#變頻器按照1#變頻器給定的轉(zhuǎn)矩，恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)皮帶機(jī)。

4.2運(yùn)行效果

(1)真正實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)系統(tǒng)的軟起動(dòng)。運(yùn)用變頻器的軟起動(dòng)功能，將電機(jī)的軟起動(dòng)和皮帶機(jī)的軟起動(dòng)合二為一，通過電機(jī)的慢速起動(dòng)，帶動(dòng)皮帶機(jī)緩慢起動(dòng)，將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，使皮帶機(jī)在起動(dòng)過程中形成的張力波極小，幾乎對(duì)皮帶不造成損害。

(2)低速大轉(zhuǎn)矩輸出實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)平穩(wěn)的重載起動(dòng)。由于輸煤系統(tǒng)的特殊性，皮帶機(jī)在運(yùn)輸過程中時(shí)刻都有可能重載停機(jī)，然后再重新啟動(dòng)。皮帶機(jī)傳統(tǒng)的控制方式有時(shí)不具有重載起動(dòng)的能力，這就需要人工減少皮帶機(jī)上的負(fù)載再重新啟動(dòng)，延誤了原煤運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間，同時(shí)也給皮帶機(jī)的管理帶來額外的工作量，增加了維護(hù)人員的勞動(dòng)量。HARSVERT-VA系列變頻器采用了無速度傳感器矢量控制方式，自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，啟動(dòng)平滑，皮帶機(jī)重載起動(dòng)時(shí)可實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩。

(3)實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)3電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率平衡。應(yīng)用變頻器對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，采用主從控制，實(shí)現(xiàn)功率平衡。在國(guó)電常州發(fā)電廠3#輸煤皮帶為3420KW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用主從控制后，輕載時(shí)主從電機(jī)電流相差2A左右，滿載時(shí)相差1A左右，實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡。

(4)利用變頻器的軟起動(dòng)功能皮帶機(jī)的軟起動(dòng)，起動(dòng)過程中對(duì)機(jī)械基本無沖擊，也大大減少了皮帶機(jī)系統(tǒng)機(jī)械部分的檢修量。

五、結(jié)論

采用HARSVERT-VA系列變頻器來改造傳統(tǒng)的輸煤皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，不僅增加了設(shè)備的自動(dòng)化程度還帶來了很大的經(jīng)濟(jì)效益。徹底解決了皮帶機(jī)的重載軟啟動(dòng)和多電機(jī)平衡出力的問題，改善了生產(chǎn)工藝，延長(zhǎng)設(shè)備了設(shè)備檢修周期，隨著變頻技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，電廠輸煤皮帶機(jī)變頻器改造勢(shì)在必行。