关键词：风光牌高压变频器   皮带机   多机主从控制   应用
Abstract: This article introduces the application of the multi-machine master-slave control function of WindSun high-voltage inverter in a coal mine belt conveyor in Hebei, and introduces the debugging process. The results show that the use of frequency converters in the belt conveyor system of coal mines can greatly improve the automation of belt conveyor control and reduce the amount of on-site maintenance.
Key words: WindSun high-voltage inverter,  Belt conveyor, Multi-machine master-slave control, Application

1 用户现场情况

河北某煤矿有一皮带机，采用4台560kW/10kV异步电机拖动，由于是新矿，设计余量比较大，电机负载轻，皮带机效率低，为了提高皮带机运行效率，降低运行成本，以及提升煤矿自动化控制水平，矿领导经过研究，决定采用变频器对皮带机进行控制改造。

众所周知，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。因此要求变频器具有极高的可靠性、稳定性、防护性。基于以上工作特点，变频器设计中须满足的如下主要技术条件：

（1）变频器具有高可靠性、稳定性、防护性。

（2）变频器具有工频运行的旁路功能，一旦出现故障，能够让电机切换到工频运行。

（3) 变频器启动过程要求平稳，启动力矩大。

（4) 变频器的输出力矩不小于电动机1.5倍额定力矩，满足负载变化大的承受能力和煤炭压带时的再起动的能力。

（5）须满足煤矿电控系统的功能接口和监控要求。

（6) 能够实现验带功能。

现场电机基本参数如表1所示。

2   皮带机变频控制方案

2.1 拖动电机的控制方式

皮带机系统是由4台560kW/10kV电机同时驱动一条运煤皮带。两个电机同时连接在同一个滚筒，然后在进行皮带系统的软连接。为了保证整个系统速度同步，确保4台电机的转矩平衡，新风光公司采用自主研发的皮带机主从控制系统，其中，任一台变频器为主机控制模式，其余3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4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。

2.2皮带机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、调速运行，以及多电机间协同，要求变频器具有矢量控制技术，满足皮带机重载启动、主从电机转矩协调控制等功能，变频器具有高可靠性。

该煤矿选用新风光电子公司生产的4台710kW/10kV皮带机高压变频器，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）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。

皮带机高压变频器(710kW/10kV）技术参数如表2所示。

3控制方案

根据用户要求，变频器控制系统拖动皮带机采用多机“主从”控制。变频器控制方案系统示意图如图1所示。

图1变频器多机主从控制系统示意图

在图1中，实现四台电机同时驱动一条皮带系统运行时，主机为驱动1号电机的高压变频器，驱动3号电机变频为从机，3号电机和1号电机为不同组之间又为皮带连接，通过电机驱动的滚筒进行皮带连接。2号电机和1号电机为同轴连接，3号电机和4号电机为同轴连接，此连接方式为同时连接在同一个滚筒之上。皮带连接有皮带弹性，又为柔性连接，同时连接在同一个滚筒上，又称刚性连接。柔性连接调整不能过快，刚性连接需要响应速度快，此系统中既有柔性连接又有刚性连接。

主从功率平衡技术需要每台高压变频器驱动电机系统时对电机进行有功电流的分离，将异步电机运行时有效分离出的有功电流传输给主机控制系统。主机控制系统进行有效控制。从输出电流中准确分离出有功电流需要知道当前电机转子磁链的角度。高压变频器采用模型参考自适应的方式准确获取电机转子磁链的角度。

为了提高皮带机设备运行的可靠性和兼容性，皮带机主从通讯采用光纤通讯和485通讯，皮带机主从控制通讯485硬连线通讯方式和光纤通讯方式可通过参数设置选择。

光纤连接方式采取双回路连接方式，如图2所示。根据现场的变频器位置确定光纤的走线路径和和长度，进行制作连接光纤。如果无法确定具体光纤长度，根据现场长度现场制作，并做好固定（扎带）和光纤的防护（PVC管或钢管相关）。

图 2变频器多机主从控制光纤连接示意图

4 现场调试

多机主从控制皮带机运行采用主从控制。采用主从控制需要解决启停控制及通讯两个问题：

4.1 启停控制及通讯

（1）同步启停。利用主机控制柜上的启动按钮，分出一组信号接至从机主控板端子，这样可保证主、从机同步启停。

（2）主、从机数据通讯。新风光高压皮带机变频器配备综合扩展板，具有CAN通讯接口。可以完成主机、从机之间的数据传输。

4.2 参数设置

4.2.1普通参数设置（四台参数设置一致）

                                                                                                                                                                                                     

4.2.4皮带机其它参数设置

（1）允许电流滞环.x(0.1%-10.0%)额定电流

同轴连接的两台变频器必须设为10.0%。

不同轴连接的变频器，若需要频率调节则设为5.0%，若不需要频率调节则设为10.0%。

（2）频率调整周期.xx(0.001-5.000s)

①从机频率给定由主机确定

同轴连接的设为5.000s

不同轴连接的变频器，若需要频率调节则设为0.012s，若不需要频率调节则设为5.000s。

②从机频率给定由自己确定

相应变频器该参数设为4.999s，且允许电流滞环.x(0.1%-10.0%)必须设为10%。另外，自身设定频率必须与主机设定频率一致，且自身加减速时间必须与主机加减速时间相同。

5  运行效果

该煤矿皮带机采用高压变频驱动控制电机，驱动1号电机的高压变频器的主机工作在速度模式，后台操作时只需要向驱动1号电机的高压变频器发送开机、停机、调频等命令，主机协同控制系统，发出控制所有电机运行状态的指令。在正常运行状态下，所有从机工作在转矩模式，主机将所有从机传来的有功转矩电流进行计算得出转矩指令，发送给所有从机，从机根据转矩指令进行运行，整个系统得以稳定运行。在矿井初期、中期，以及皮带负荷产量基本相同的情况下，相比同类型皮带机直接启动系统，皮带变频控制系统节能20%以上。

6 结束语

皮带机的驱动系统采用新风光电子公司生产的皮带机高压变频控制系统后，保证了运输皮带多电机驱动系统的稳定运行，系统启动平滑，降低了启动冲击，减小了机械损耗，延长了皮带的使用寿命，同时，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。现场应用表明，利用技术先进、成熟可靠的变频调速系统拖动煤矿皮带机，可大大提高皮带机控制自动化程度，降低现场维护量，带来可观的效益，值得大力推广。

参考文献

[1]新风光电子使用手册[Z]， 新风光电子科技股份有限公司。

[2]胡顺全. 高压变频器在四驱皮带机上的应用[J]，直驱与传动，2020，（1）。

丁庆雷，男，技术支持工程师，供职于新风光电子科技股份有限公司技术支持部。