Abstract: This paper introduces Fengguang high voltage inverter in coal mine belt machine and control scheme. The results show that, in the coal belt machine adopts high voltage frequency converter has high economic and social benefits.

Key words: High voltage inverter; Belt machine; Applications

1 引言

皮带机在煤矿上的使用非常普遍，特别是在一些大型煤矿上。皮带机上的皮带是一个弹性体，在静止或运行时皮带内贮藏了大量的能量，在皮带机启动过程中，如果不加设软启动装置，皮带内贮藏的能量将很快释放出去，在皮带上形成张力波并迅速沿着皮带传输出去。过大的张力波极易引起皮带被撕断，因此，《煤矿安全规程》规定，带式输送机必须加设软启动装置。随着高压变频技术的不断进步和完善，在新建的煤矿中，新上皮带机设备优先考虑采用变频调速控制。

2 用户情况介绍

转龙湾（鄂尔多斯）煤矿属兖矿集团下属的煤矿，是新建煤矿，主井皮带机用来由井下向地面运煤，皮带机为3台电机同时联动拖动，皮带机有关数据如表1所示。

表1 皮带机基本数据

主井皮带机是全矿的流程中枢，一旦皮带机不能正常工作，将造成全矿停产，且会造成巨大经济损失。另外高压变频器须安装在环境相当恶劣、煤灰比较重、粉尘大的场合。因此要求高压调速系统具有极高的可靠性、稳定性、防护性，变频器应具有矢量控制功能，满足皮带机重载启动，应解决多电机运行中的多机速度协调配合控制问题，应使多台电机在运作中出力均匀。

经过对国内外各种高压变频器调研、比较，转龙湾煤矿领导最后选择了新风光电子公司生产的风光牌JD-BP38-1200P型（1200kW/10kV）高压变频器作为皮带机的控制设备。皮带机配备3台高压变频器控制。

3 皮带机变频控制方案

3.1 拖动电机的控制方式

由于带式输送机的3台电机中，3台电机的控制方式不是独立而是彼此相互关联的。为了保证整个系统速度同步，确保3台电机的转矩平衡，新风光公司采用自主研发的主从控制功能，这样1台变频器为主机控制模式，其余2台为从机控制模式，跟随主电机的速度同步运行，同时以主电机的转矩输出为依据，保证3台电机之间实现转矩平衡。

制动系统推荐采用机械或其他方式制动，变频器本身未作特殊的考虑。但是，变频器提供软停机功能，停机时，先把带式输送机速度调下来，当速度降到一定值时，再把变频器退出，制动器抱闸。

3.2 新风光JD-BP38-1200P高压变频器基本性能

根据现场情况，需要使用高压变频器实现皮带系统的软启动和调速运行，要求变频器具有矢量控制技术，以满足皮带机重载启动、主从电机转矩均衡控制等功能，要求变频器具有高可靠性。

转龙湾煤矿选用新风光电子公司生产的3台JD-BP38-1200P高压变频器，对皮带传动系统进行控制。该系列高压变频器具有以下特点：

（1）采用完美无谐波的单元串联多电平拓扑结构，具有较低的电网电流谐波，满足电网对电能质量的严格要求，输出线电压为33电平，无需使用输出滤波器，可采用普通异步电动机；

（2）采用无速度传感器矢量控制方式，启动力矩大，并有效避免由于负载波动导致的变频器过流故障；

（3）配置转矩协调功能可实现对多电机驱动系统的转矩实时均衡控制；

（4）可配置2倍以上电流过载能力，可满足大惯量系统的重载启动要求；

（5）风光高压变频器对电网电压的适应范围宽（－65％～115％Un），采用单元故障自动旁路、星点漂移技术、工频旁路、瞬时停电再启动功能、相间短路等多项完善的保护功能技术，提高了抗电网波动和负载扰动能力，大大提高产品在煤矿皮带机应用现场的可靠性。

新风光电子有限公司生产的JD-BP38-1200P 高压变频器（1200kW/10kV）技术参数如表2所示。

表2 JD-BP38-1200P型高压变频器基本参数

4 皮带机变频器主回路接线图

现场采用3套新风光电子科技股份有限公司生产的JD-BP38-1200P高压变频调速系统，根据用户要求，变频器控制系统主从控制，采用“一拖一”控制。为防止变频器检修或故障对生产的影响，高压变频器配置手动工频旁路。3台高压变频器主回路接线方式相同，以其中1台装置为例说明，一次接线如图1所示。

旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，K2与K3采用机械互锁操动机构，实现机械互锁。当K1和K2闭合、K3断开时，电机变频运行；当K1和K2断开、K3闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。

旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁， DL合闸时，绝对不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。

故障分闸：将变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投入”信号串联后，并联于高压开关分闸回路。在变频器投入状态下，当变频器出现故障时，分断变频器高压输入；旁路投入状态下，变频器故障分闸无效。

保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。

5 主从控制

此方案采用3台变频器分别拖动3台电机，将各个电机定子绕组直接分别接在相应变频器输出测；3台电机变频系统是由完全独立的3台变频器通过主、从机的同步通讯方式保证3台电机的转速以及功率平衡。3台电机中任意一台都可作为主机，另外2台为从机。3台电机拖动方案中，变频器对电机独立控制，变频器主从之间可以自动来调整变频器输出功率一致。

3机主从控制过程如下：

根据用户要求，现场采用3台1200kW变频器分别控制3台1000kW高压电机，如图2所示，如果选用1#变频器为主变频器（控制1#电机），2#变频器、3#变频器为从变频器（分别控制2#电机、3#电机），由操作台发给主变频器给定频率值，主从变频器之间采用ModBus总线通信，1#变频器作为主控，检测1#、2#、3#电机的运行电流，发出输出转矩给定值，控制2#、3#变频器同步运行。通过对3台变频器的输出电流进行采样比较，通过改变2#、3#机的控制信号，使其始终跟随1#机而变化。例如，当2#电机的电流大于1#电机时，降低2#变频器的给定信号，从而使2#电机转速降低，负荷减轻，电流变小；当2#电机的电流小于1#电机时，提高2#变频器的给定信号，从而使2#电机转速升高，负荷加大，电流变大。最终使3台电机负荷基本一致，电流在允许的范围内。

（1）起车时，皮带电控首先对皮带系统传送过来的信号进行判断，如跑偏、堆煤、纵撕、急停闭锁等，若各信号正常才能进入下一程序；其次，根据皮带机头各传感器返回的信号检测制动闸及各开关状态是否正常；最后，判断皮带张力是否在允许启动范围内。

（2）当皮带机各部分都处于正常状态，具备起车条件，才会发出启动信号。当发出起车指令后，变频器起动。操作台发出变频运行信号，变频器按操作台给定的运行信号输出频率和电压变化的电源，控制电机按给定的“S”形曲线软启。

（3）与此同时，操作台发出指令使抱闸打开，并检测抱闸是否完全打开。若抱闸未打开或未完全打开，将关闭运行信号，同时给变频器抱闸信号使变频器急停，防止变频器因堵转而出现过流跳闸。

（4）当皮带达到额定速度，电控系统实时检测皮带速度与滚筒速度，当二者速度差值超过规定值，紧急停车，并发出打滑报警信号。

（5）系统实时检测电机温度、减速器温度、轴承温度、皮带张力、电机电流、抱闸状态、变频状态、PROMOS状态等，当任一项指标或状态不正常时，系统紧急停车并报警。

7 采用高压变频器对皮带机进行驱动的效果

变频器2015年9月调试完毕投入使用至今，没有发生故障停机，运行状态良好。皮带机采用变频器后，具体来说，有以下优点：

（1）真正实现了皮带机软启动。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60～120s内根据现场情况设定。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）实现了皮带机3台电机驱动时的转矩平衡。电机驱动时采用主从控制方式，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。变频调速系统为无级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）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得多，但因生产的需要皮带机系统又不能随时停车，本系统可根据生产情况控制变频器降速或升速。对于载荷不均的皮带机系统，可节约电能、降低皮带的磨损。

8 结束语

皮带机的驱动系统采用新风光电子科技股份有限公司生产的JD-BP38系列高压变频器后，保证了运输皮带的稳定运行，配合自动控制系统有效解决了皮带运输过程中的跑偏、堆煤、超温等问题，提高了皮带机的自动化控制水平。现场应用表明，利用技术先进、成熟可靠的高压变频调速系统拖动煤矿皮带机，可大大提高皮带机自动化控制水平，降低现场维护量，带来可观的效益，值得大力推广。

参考文献

新风光电子科技股份有限公司.新风光电子使用手册[Z].

作者简介

李婷 工程师 毕业于曲阜师范大学电气工程自动化专业，供职于山东省胶东调水工程蓬莱管理站