關鍵詞：變頻器 GD3000 三電平 皮帶機 功率平衡
國內現(xiàn)有大多數(shù)煤礦的皮帶輸送機一般都采用工頻拖動，較少使用變頻器驅動。由于電機長期工頻運行加之液力耦合器效率等問題，造成皮帶運輸機運行起來非常不經濟；同時由于電機無法采用軟起軟停，在機械上產生劇烈沖擊，加速機械的磨損；此外，皮帶、液力耦合器的磨損和維護等問題都會給企業(yè)帶來很大數(shù)額的費用問題。上述問題都可由英威騰GD3000變頻器的應用得到改觀。
2.1 項目簡介
鮑店煤礦隸屬于兗礦集團有限公司，是我國自行設計和施工的年產300萬噸的特大型全綜采機械化礦井。該礦井新建1701工作面順槽皮帶為異步電機拖動的下運皮帶，配套使用的英威騰GD3000系列四象限變頻器,皮帶總長2.4km。
圖1 兗礦集團鮑店煤礦
2.2 現(xiàn)場設備參數(shù)
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皮帶機電機技術參數(shù) |
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電機類型 |
異步電機 |
數(shù)量 |
4臺 |
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額定功率 |
500kW |
額定電壓 |
1140V |
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額定頻率 |
50Hz |
額定電流 |
349A |
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極對數(shù) |
2 |
額定轉速 |
1461r/min |
2.3 現(xiàn)場工況示意
現(xiàn)場包含一臺控制箱，受控設備為4臺BPJ-630/1140礦用隔爆兼本質安全型變頻器（使用英威騰GD3000-11-630G-12變頻器機芯），被控于皮帶保護箱。應用于鮑店煤礦1701工作面順槽皮帶，實現(xiàn)4臺變頻器的同步運行及集中管理及皮帶控制系統(tǒng)的監(jiān)控。
圖2 1140V/630kW防爆變頻器現(xiàn)場圖片
控制箱內使用西門子S7-300系列PLC，與4臺變頻器進行DP通訊，可以實時監(jiān)控變頻器狀態(tài)，并通過控制箱改變變頻器主從機的參數(shù)設置。
現(xiàn)場4臺四象限變頻器依次靠近機頭平行巷道擺放，LCL電抗器柜和移變擺放于垂直巷道，相距30m左右（如圖3所示），其中1#、2#變頻器驅動同軸連接滾筒（均可做主機），3#、4#變頻器分別驅動兩滾筒，做從機運行，1#~4#滾筒間依靠皮帶傳動。主機接收來自華寧控制箱的啟?？刂菩盘?，通過can通訊給予從機頻率給定。另外，1#、2#變頻器共用1#移變作為輸入電源，3#、4#變頻器共用2#移變作為輸入電源。
圖3 現(xiàn)場LCL電抗柜、四象限變頻器及皮帶機頭布置平面圖
2.4 現(xiàn)場電氣參數(shù)
表1. 環(huán)境參數(shù)
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輸入線電壓波動范圍 |
1185~1253V@50Hz（監(jiān)控顯示諧波較?。?/span> |
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直流母線電壓設定 |
1900V |
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半母線電壓波動范圍 |
950V（波動較?。?/span> |
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濕度 |
現(xiàn)場采用噴霧除塵，濕度較大 |
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溫度 |
25℃左右 |
表2. 電機參數(shù)
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異步電機1額定功率 |
500 |
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異步電機1額定頻率 |
50 |
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異步電機1額定轉速 |
1493 |
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異步電機1額定電壓 |
1140 |
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異步電機1額定電流 |
320.7 |
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異步電機1定子電阻 |
0.021 |
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異步電機1轉子電阻 |
0.02 |
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異步電機1漏感 |
0.8 |
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異步電機1互感 |
23 |
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異步電機1空載電流 |
88 |
表3. 變頻器參數(shù)
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變頻器型號 |
30 |
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變頻器額定功率 |
630kW |
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變頻器額定電壓 |
1140V |
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變頻器額定電流 |
395A |
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死區(qū)時間 |
7us |
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軟件過壓點 |
2150V |
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軟件欠壓點 |
1250V |
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軟件過流點 |
190% |
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電壓校正系數(shù) |
100% |
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電流校正系數(shù) |
100% |
現(xiàn)場圖片
圖4 現(xiàn)場皮帶機照片
3.1 GD3000系列中壓變頻器特性
（1）技術新穎
Goodrive3000系列變頻器是一款高性能通用矢量變頻器，采用三電平的硬件拓撲結構，兼容二象限和四象限，可用來控制交流異步感應電機和永磁同步電機，可以滿足不同電機的工作模式。產品采用目前國際領先的矢量控制技術，功能更優(yōu)化，應用更靈活，性能更穩(wěn)定。
（2）輸出波形更接近于正弦波
電機運行更加平穩(wěn)，減少因輸出波形非正玄造成的機械振動，延長電機壽命。輸出諧波顯著降低，大幅仰制變頻器引起的傳導，輻射干擾，具備優(yōu)良EMC特性。
（3）輸出電壓變化率(du/dt)低，減少對電機絕緣的損壞
降低施加在電軸上的沖擊電壓，有效保護電機絕緣;緩解軸電流對電機軸承的電腐蝕，延長電機壽命;降低了系統(tǒng)漏電流，系統(tǒng)運行安全，可靠。
3.2 DP控制方案
配置EC-TX103通訊卡，將變頻器連接到PROFIBUS網絡。在PROFIBUS網絡上，變頻器為從屬設備。通過EC-TX103通訊卡，可以完成如下功能：
* 向變頻器發(fā)出控制命令（啟動、停止、故障）。
* 給變頻器發(fā)送速度或轉矩給定信號。
* 從變頻器中讀取狀態(tài)值和實際值。
* 修改變頻器參數(shù)值。
PROFIBUS-DP總線允許主站和變頻器設備之間進行快速的數(shù)據(jù)交換。PROFIBUS周期性傳輸報文，報文采用16個字傳輸。通訊報文的PZD區(qū)為控制和檢測變頻器而設計。
例如1號變頻器PZD地址PLC內為200~211，變頻器PZD2設置為輸出電流，讀取PIW202即可讀取變頻器電流。
3.3 變頻器選型
結合現(xiàn)場實際，我司選型如下：
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型號 |
額定輸出功率（KW） |
額定電壓（KV） |
額定輸出電流（A） |
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GD3000-11-630G-12 |
630 |
1.14 |
395 |
4.1 現(xiàn)場使用效果
* 鮑店煤礦四套變頻器使用我司GD3000系列產品，現(xiàn)已調試完畢，運行安全可靠。
* 從運行測試效果來看，使用變頻調速后，徹底實現(xiàn)了皮帶輸送機的軟起、軟停運行方式，大大提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)和系統(tǒng)效率；
* 系統(tǒng)可以根據(jù)負載變化情況自動調整輸出頻率和輸出力矩，改變了以前電機工頻恒速運行的模式，在很大程度上節(jié)約了電力能源；
* 同原來的繼電器保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電動機的保護；
* 完善地解決了多臺電機地同步輸出問題；
* 液力耦合器的退出更大地節(jié)約了設備的維護和維修費用。
* 在投入運行至今，系統(tǒng)可靠性高，操作簡單，且能夠與礦井自動化系統(tǒng)相接，提高了生產效率。
4.2 現(xiàn)場照片
現(xiàn)場實測設備運行波形
圖5 現(xiàn)場監(jiān)控（生產班載煤皮帶）4臺變頻器電流比較穩(wěn)定
4.3 結束語
綜上所述，GD3000系列中壓變頻器驅動異步電機電機完全滿足煤礦井下皮帶機系統(tǒng)負載控制要求，在皮帶機應用中表現(xiàn)出很好的調速性能、高可靠性、高啟動轉矩、良好的功率平衡、極低的維護量和維護成本等優(yōu)勢，提高了煤礦井下運輸系統(tǒng)的自動化程度。同時在國家大力提倡節(jié)能減排的大環(huán)境中,大力推進變頻器在皮帶機上的應用具有積極的社會意義和現(xiàn)實意義。
參考文獻：
[1] 《GD3000變頻器產品說明書》深圳市英威騰電氣股份有限公司
