合康BPJ防爆变频器在皮带机上的主从同步应用

Posted 2021-05-02 合康新能

摘要：

现代煤矿运输设备主要为皮带机运输，随着煤矿运输能力逐渐提升，皮带运输机所提供的动力也逐渐增大，继续使用传统的软启动器或液力耦合器已无法满足皮带运输机高运量的要求，更不能响应国家提倡的“节能减排”政策。本文主要介绍了合康防爆BPJ系列中压大功率防爆变频器在山西长治某煤矿皮带机上一主二从的成功应用，为大运量皮带运输机的起动、调速等问题提供了解决方案。

关键词：煤矿 合康防爆 主从控制 功率平衡

前言：

皮带运输机具有输送量大、结构简单、维修方便、部件标准化等优点，广泛应用于矿山、煤炭、冶金等行业。在皮带机运行过程中，可由一台或多台电机拖动，当多台电机同时拖动皮带机时往往对电机的功率平衡有较高的要求。变频器作为当今主流调速设备，凭借调速范围宽、低频高转矩、过载能力强等优势，广泛应用于煤矿皮带运输机，解决了多台电机功率平衡问题，提高了皮带机的运行效率。

一. 现场工况

山西长治某煤矿皮带机为主巷道运输设备，整个设备的长度为1800米，皮带的宽度为1.2米，由3台变频电机驱动，额定电压为1140V，额定功率为400kW，风冷冷却。现场采用合康BPJ系列矿用隔爆兼本质安全型变频器机头集中驱动。

图1：山西煤矿皮带机应用现场

二. 主从同步工作方式

煤矿井下的皮带输送机系统多为双滚筒驱动或多滚筒驱动，多台电机驱动同一滚筒时，由于零部件制造过程中存在误差，且不同电机的电气参数也有一定差异，不可避免的会出现速度不同步问题：速度快的电机将承受较重负载，速度慢的电机将会被拖动。为确保皮带机系统的运输能力与安全，应尽量保证皮带输送机机头的各滚筒同步启停，保证各滚筒之间的功率平衡。

当采用变频器进行调速时，可根据负载变化自动调整运行频率，从而相应调整变频器的速度给定来调整各电机之间的速度差，便可以任意增大或减小多台电机间的电流差值的大小；因此可以通过单独的控制系统控制各电机的电流值，通过调整各电机的速度来使各电机的电流值逐步趋于平衡。

变频器带动皮带输送机工作时，采取的是主从联动的控制方式，通过控制变频器的输出转速，从而控制输入转矩。从机跟随主机运行，主机将运行数据发送给从机作为从机运行的参考，从机将运行状态反馈给主机，主变频器与从变频器的数据交换通过光纤通讯线路进行快速数据交换。主机、从机的位置可以根据皮带输送机机械驱动装置的布置作调整，方便进行主从调换。

三. 系统构成

图2：主从控制系统构成

应用现场有两个滚筒，一个滚筒由两台电机共同驱动，另一个滚筒由第三台电机驱动，滚筒之间通过皮带连接。现场采用的三台合康BPJ系列防爆变频器分别拖动三台电机，其中一台变频器设为主机，另外两台变频器设为从机（如上图所示）。合康BPJ系列防爆变频器采用无速度传感器矢量控制，控制精度高，输出力矩大；主机的速度输出作为从机的速度输入，从机还可根据负载变化自动调整运行频率，跟随主机运行，实现电机间功率平衡。

整个系统可以通过变频器门板上的起动和停止按钮对变频器的起动与停止进行控制，也可以通过皮带保护控制器进行远程操作，还可以通过通讯到上位机上进行集中控制。

由于现场的皮带运输机属于主巷道运输皮带机，需要有优异的变频控制性能和稳定的系统运行状态。鉴于此，合康BPJ系列防爆变频器在设计过程中加入了冗余设计，保证现场设备正常运行。当主变频器出现故障时，变频器调速系统会停止，并通讯给从机自由停机命令，从机系统待机，用户可立即更改任意一台从变频器作为主机，系统可立即恢复工作状态。当从变频器出现故障后，不影响另外两台主从变频器的正常运行，等故障处理完后，变频器恢复正常后可立即自动投入使用，也可以等系统停车后在下次起动的时候投入使用。

四. 合康BPJ系列防爆变频器在煤矿皮带机上的应用效果

根据显示屏观察，现场的三台电机运行参数如下：

（1）空载调试时：

变频器	主机	从机1	从机2
输出电压	1056	1093	1085
输出电流	103	98	101
输出转速	1485	1482	1479
输出频率	50	50	50
母线电压	1580	1588	1603

（2）运煤过程中：

变频器	主机	从机1	从机2
输出电压	1046	1073	1055
输出电流	193	199	191
输出转速	1480	1472	1479
输出频率	50	49.7	50.2
母线电压	1560	1548	1543

由上图的运行参数和实际使用情况来看，采用合康BPJ系列防爆变频器进行调速具有以下性能优势：

1、实现完美的功率平衡

合康BPJ系列防爆变频器采用无速度传感器矢量控制技术，具有平稳的重载起动和优越的过载能力，能实现完美的功率平衡：三台电机功率平衡误差小于5%，功率损耗小于2%，功率因数大于0.95。

2、减少机械损耗

由于皮带输送机属于柔性负载，变频器的软起动、软停车特性可以有效降低胶带张力，减少机械损耗以及对机械负载的冲击，还可以降低工人的劳动强度。

3、降低输出谐波

变频输出端增加了滤波与电抗装置，能有效降低变频器输出电流中的高次谐波层，抑制变频器输出侧的浪涌电压，极大提高了电机的运行效率。

4、操作简便

合康BPJ系列防爆变频器可随意调节加减速时间及切换运行/检修状态，可设置慢速、中速、快速三种不同运转速度，保证在 0-50Hz任何状态下正常运行。

5、适应多种环境

本安综合保护模块将非本安数字量进行隔离，最大输出电压为24.5V，最大输出电流为100mA，多种通讯协议的使用，方便融入集控系统，适合于各种远程控制；采用热管及强制风冷，无需引入冷却水，方便在不同环境现场安装使用，并且没有漏水及凝露等隐患，保证了设备安全性。

五. 总结

经过半年的运行，采用合康BPJ系列变频调速后的皮带运输机运行状态良好，不仅实现了皮带运输机的软起动、软停车，还实现了转速控制和功率平衡双重调节，很大程度地提高了皮带运输机系统的功率因数和工作效率。合康BPJ系列防爆变频器在山西煤矿上的成功应用为客户节省了能源，创造了可观的经济效益，对于创建节能环保型的企业发挥了重要的作用。