3 JCC型皮帶運輸機專用高壓變頻器主要設(shè)計方案

(1) 控制架構(gòu)體系

采用了80C196MH六片單片機在虛擬總線的通訊格式下，任意主令其中一片為主控CPU單元，其它自動按序堆棧為從控CPU單元和子控CPU單元。再采用RS-485通訊方式與上位機監(jiān)控的人機界面(彩色觸摸屏)聯(lián)機，形成一套皮帶機電動機運行特點的智能控制系統(tǒng)。實現(xiàn)對三臺電機的同軸同步軟啟動，軟停止功能。在起動、運行、停止過程中能夠自動地對轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)和功率平衡調(diào)節(jié)。

(2) 高壓變頻器主電氣系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

同軸兩臺電機采用共直流母線系統(tǒng)，調(diào)速系統(tǒng)分開，單臺電機單獨拖動、集中控制。高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)主回路如圖2所示。

圖2 高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)主回路

(3) 主回路硬件

變頻器逆變器，采用成熟的佳靈JCP-6kV/500kW—IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器平臺增、減。

(4) 變頻的運行和操作

采用高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)對皮帶運輸機進行改造具體實現(xiàn)過程如下;變頻器操作可以在本機控制，也可在遠程控制。本機控制是，靠變頻系統(tǒng)內(nèi)置三臺觸摸屏來設(shè)定運行參數(shù)。在觸摸屏上進行運行和停止操作。遠控時，通過工作臺來對變頻系統(tǒng)進行外控操作。工作臺上有高低速選擇，可以根據(jù)工況需要來自由設(shè)定運行頻率，完全可以滿足工藝要求。

4 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

(1) 系統(tǒng)方式和措施及目標

JCC型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)是采用直接“高—高”變換形式，為IGBT直接串聯(lián)兩電平控制方式。輸入、輸出采用本公司獨特的LC濾波方式。這種方式對電網(wǎng)諧波污染小，輸入功率因數(shù)高，可達到98％以上，諧波含量遠低于5％，不存在諧波引起的電機發(fā)熱、噪音、輸出共模電壓等問題。此高壓系統(tǒng)針對三臺電機的工作情況，在三臺變頻間增加主－從控制方式，其工作原理如圖3所示。

圖3 主－從控制原理

三臺變頻器通過RS-485+轉(zhuǎn)換模塊相互通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動交換。使用中可以任意設(shè)置其中一臺為主機，其余兩臺為從機。在現(xiàn)場工況中優(yōu)先設(shè)置單獨的一臺電機為主機，同軸兩臺電機為從電機。

(2) 主機、從機的定義

主機是變頻器群控中的首機，其他變頻器都是從機，主機只有一臺。在運行中只對主機控制，全部從機同步地自動跟隨主機實時運算、動態(tài)運行，保持良好的主、從關(guān)系和功率平衡。按所設(shè)定目標控制運行模式穩(wěn)定運行。

(3) 主機、從機的設(shè)定

在以實際的現(xiàn)場工藝條件中，可由用戶自主地設(shè)定一臺為主機，其他為從機。

(4) 主機、從機的操作運行

主機控制從機的啟動和停止。向從機發(fā)出主機的設(shè)定頻率參數(shù)、運行停止命令跟蹤運行與狀態(tài)執(zhí)行指令等，收集各從機的實際運行狀況和故障等信息。主機保持與外控信息輸入與信息保持聯(lián)系。運行中只對主機操作與運行參數(shù)設(shè)定，從機操作無效，從機跟隨主機同步運行。主、從機的加、減速時間都需要設(shè)定為一致，從機在機群全部停機后或電機接線是可單獨點動運行。

(5) 主－從機的功率平衡和同步

先通過觸摸屏設(shè)定功率平衡系數(shù)，0~200％可調(diào)。在啟動和運行過程中，通過各自變頻器的直流母線電流檢測，送子機CPU比較器與主機母線代碼電流數(shù)值比較，獲得誤差信號，經(jīng)CPU運算后，發(fā)出新的U/F調(diào)節(jié)的PWM波形去實現(xiàn)功率平衡運行。另一路送入主－從－子機間相互交換數(shù)據(jù)、存貯、各自顯示新的電量參數(shù)。同時檢測各自變頻器的直流母線上出現(xiàn)的再生電壓波形和電壓差值，通過主機轉(zhuǎn)速預(yù)置值比較、運算出轉(zhuǎn)差率，再由子機CPU調(diào)節(jié)頻率增益補償?shù)募踊驕p值，來實現(xiàn)電機的同步。

(6) 主－從機的故障顯示與處理

在運行中若出現(xiàn)故障，故障機顯示“LU”“OUD”“FL”等提示。無故障機顯示當前運行界面并作閃爍提示。只有故障機復(fù)位和無故障顯示時方可重新啟動運行。在運行中若主機出現(xiàn)故障全部機群作自由停止方式停機，單臺從機出現(xiàn)故障時單臺停機，其余繼續(xù)運行。但在單臺故障排除后，必須全部停止后再重新啟動。

(7) 保護功能和顯示

變頻裝置系統(tǒng)有過電壓、過電流、欠電壓、短路、接地、過載、過熱、橋臂保護等保護功能。一旦出現(xiàn)故障，變頻器將發(fā)出聲光報警信號。所有故障情況，均在中文用戶界面上顯示出來，預(yù)留打印功能接口。便于用戶根據(jù)故障情況采取相對措施。

5 變頻系統(tǒng)運行情況

2004年5月底，成都佳靈電氣制造有限公司將高壓變頻器運到礦上，6月1號開始安裝，并于6月10日開始調(diào)試。經(jīng)過對各項指標的檢測和變負載、壓帶負載運行試驗，效果良好。于6月28日JCC型皮帶運輸機專用高壓變頻器正式投入生產(chǎn)性運行。經(jīng)一年的正常運行，礦局反映:不負所望，效果達到預(yù)期目的。

5.1 項目實施后的經(jīng)濟效益

外運皮帶高壓變頻投入運行以來，運行情況良好，基本達到工藝要求和技術(shù)改造的目的。

通過技術(shù)改造后獲得的經(jīng)濟效益:

（1) 減少了液力耦合器每年的檢修費用;

（2) 技術(shù)改造后降低液力耦合器每年的備件費用;

（3) 改造后節(jié)約了每年的樓房維修費用;

（4) 取消了液力耦合器前后電流比較，空載時:而加的液力耦合器電流23A左右,采用變頻器電流15A左右;滿負荷時:加耦合器電流40～45A左右,采用變頻器后電流33~38A左右，每h三臺電機至少能節(jié)約共200~300kWh，按1hWh=0.5元計算，一天運行20h，一年350天可減少電費支出60萬元左右。

（5) 如在煤量不正常的情況下降頻使用，節(jié)能效果將更顯著。

6 結(jié)束語

綜上所述，本文根據(jù)了皮帶運輸機為多電機同軸拖動的機械性質(zhì)。現(xiàn)在一般的IGBT高壓變頻器，存在著其高壓變頻電路方案特點，不能克服多電機同軸拖動的技術(shù)難題前提下。設(shè)計出的一種JCC型皮帶運輸機專用IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器及控制系統(tǒng)。經(jīng)在用戶現(xiàn)場使用獲得了良好的應(yīng)用效果。本技術(shù)方案產(chǎn)品，更加拓展了IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器應(yīng)用領(lǐng)域。