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    礦用機械
    Goodrive3000中壓變頻器在井下皮帶機上的應用
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    摘  要:皮帶機傳輸系統是煤礦井下輸送系統的重要組成部分,同時也是煤礦企業能源消耗的主要部件。近年來,隨著國家節能減排的力度加大,變頻器技術和自動控制技術的成熟,變頻器廣泛應用于皮帶機系統節能減排和技術改進。

    關鍵詞:變頻器  GD3000  三電平  皮帶機  功率平衡    

    一、引言

    國內現有大多數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帶來很大數額的費用問題。上述問題都可由英威騰GD3000變頻器的應用得到改觀。

    二、應用現場設備及運行工況分析

    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 現場設備參數

    皮帶機電機技術參數
    電機類型
    異步電機
    數量
    4臺
    額定功率
    500kW
    額定電壓
    1140V
    額定頻率
    50Hz
    額定電流
    349A
    極對數
    2
    額定轉速
    1461r/min

    2.3 現場工況示意

    現場包含一臺控制箱,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4臺變頻器的同步運行及集中管理及皮帶控制系統的監控。

    圖2 1140V/630kW防爆變頻器現場圖片

    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,可以實時監控變頻器狀態,并通過控制箱改變變頻器主從機的參數設置。

    現場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 現場LCL電抗柜、四象限變頻器及皮帶機頭布置平面圖

    2.4 現場電氣參數

    表1. 環境參數

    輸入線電壓波動范圍
    1185~1253V@50Hz(監控顯示諧波較?。?
    直流母線電壓設定
    1900V
    半母線電壓波動范圍
    950V(波動較?。?
    濕度
    現場采用噴霧除塵,濕度較大
    溫度
    25℃左右

    表2. 電機參數

    異步電機1額定功率
    500
    異步電機1額定頻率
    50
    異步電機1額定轉速
    1493
    異步電機1額定電壓
    1140
    異步電機1額定電流
    320.7
    異步電機1定子電阻
    0.021
    異步電機1轉子電阻
    0.02
    異步電機1漏感
    0.8
    異步電機1互感
    23
    異步電機1空載電流
    88

    表3. 變頻器參數

    變頻器型號
    30
    變頻器額定功率
    630kW
    變頻器額定電壓
    1140V
    變頻器額定電流
    395A
    死區時間
    7us
    軟件過壓點
    2150V
    軟件欠壓點
    1250V
    軟件過流點
    190%
    電壓校正系數
    100%
    電流校正系數
    100%

    現場圖片

    圖4 現場皮帶機照片

    三、變頻器配置方案

    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,功能更優化,應用更靈活,性能更穩定。

    (2)輸出波形更接近于正弦波

    電機運行更加平穩,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;降低了系統漏電流,系統運行安全,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:

    * 向變頻器發出控制命令(啟動、停止、故障)。

    * 給變頻器發送速度或轉矩給定信號。

    * 從變頻器中讀取狀態值和實際值。

    * 修改變頻器參數值。


    PROFIBUS-DP總線允許主站和變頻器設備之間進行快速的數據交換。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

    結合現場實際,我司選型如下:

    型號
    額定輸出功率(KW)
    額定電壓(KV)
    定輸出電流(A)
    GD3000-11-630G-12
    630
    1.14
    395

    四、客戶現場具體使用效果

    4.1 現場使用效果

    * 鮑店煤礦四套變頻器使用我司GD3000系列產品,現已調試完畢,運行安全可靠。

    * 從運行測試效果來看,使用變頻調速后,徹底實現了皮帶輸送機的軟起、軟停運行方式,大大提高了系統的功率因數和系統效率;

    * 系統可以根據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約了設備的維護和維修費用。

    * 在投入運行至今,系統可靠性高,操作簡單,且能夠與礦井自動化系統相接,提高了生產效率。

    4.2 現場照片

    現場實測設備運行波形

    圖5 現場監控(生產班載煤皮帶)4臺變頻器電流比較穩定

    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負載控制要求,在皮帶機應用中表現出很好的調速性能、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勢,提高了煤礦井下運輸系統的自動化程度。同時在國家大力提倡節能減排的大環境中,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

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