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1 引言

對應于煤礦的特殊生產條件，有時，煤的產量是極不均勻的，當然皮帶機系統(tǒng)的運煤量也是不均勻的，在負載輕或無負載時，皮帶機系統(tǒng)的高速運行對機械傳動系統(tǒng)的磨損浪費較為嚴重，同時電能消耗也較低速運行大得多，但因生產的需要皮帶機系統(tǒng)又不能隨時停車，采用單獨的控制系統(tǒng)對前級運輸系統(tǒng)的載荷、本機運輸系統(tǒng)的載荷進行分別測量，這樣可控制變頻器降速或提前升速。對于載荷不均的皮帶機系統(tǒng)，可節(jié)約電能、降低皮帶的磨損。高壓變頻器主從控制系統(tǒng)可以實現四驅皮帶機系統(tǒng)的良好調速。啟動時間延長，實現皮帶機系統(tǒng)軟啟動，大大降低對帶強的要求，減少設備初期投資[1]。實際應用中，由于降低了啟動沖擊，機械系統(tǒng)的損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒壽命大大延長。

2 高壓變頻器、四驅皮帶機控制系統(tǒng)

2.1 高壓變頻器系統(tǒng)結構

高壓變頻器系統(tǒng)結構如圖1所示，將系統(tǒng)電網電壓輸入連接到高壓變頻器的移相變壓器上，移相變壓器將電網輸入電壓轉換為獨立的三相690V電壓，給每個功率單元供電。移相變壓器的作用：第一是將電網的高壓降低為低壓，給每個功率單元供電；第二是移相變壓器采用延邊三角形結構，使單元的輸入電壓進行移相，這樣就減小了對電網的諧波無污染，為真正的完美無諧波；第三是給每個功率單元提供獨立的電源，可以使單元進行級聯。高壓變頻器有完善的控制系統(tǒng)，其主控系統(tǒng)采用高速DSP為控制核心，控制算法完全數字化，主控箱與功率單元采用高速光纖通訊，主控將PWM波信號通過下行通訊光纖傳遞給每個功率單元，每個功率單元通過相應單元的保護動作通過上行通訊光纖上傳給主控系統(tǒng)。主控產生的PWM信號為載波移相后的PWM信號，這樣就可以將單元級聯后輸出的電壓諧波減小。

圖1 高壓變頻器系統(tǒng)結構

功率單元級聯輸出電壓采用自動穩(wěn)壓技術，單元輸入母線電壓高時，輸出調制波相應減小，單元輸入母線電壓低時，輸出調制波相應增加，這種技術可以解決由于負載不平衡導致母線電壓不一致，從而出現輸出電壓不平衡的問題。

2.2 四驅皮帶機系統(tǒng)

四驅皮帶機系統(tǒng)是由四個電機同時驅動一條運煤皮帶。兩個電機同時連接在同一個滾筒，然后在進行皮帶系統(tǒng)的軟連接。

圖2 四驅皮帶機系統(tǒng)結構

在上圖2中，實現四臺電機同時驅動一條皮帶系統(tǒng)運行時，主機為驅動1號電機的高壓變頻器，驅動3號電機變頻為從機，3號電機和1號電機為不同組之間又為皮帶連接，通過電機驅動的滾筒進行皮帶連接。2號電機和1號電機為同軸連接，3號電機和4號電機為同軸連接，此連接方式為同時連接在同一個滾筒之上。皮帶連接有皮帶彈性，又為柔性連接，同時連接在同一個滾筒上，又稱剛性連接。柔性連接調整不能過快，剛性連接需要響應速度快，此系統(tǒng)中既有柔性連接又有剛性連接，系統(tǒng)控制比較復雜。

2.3 功率平衡

主從功率平衡技術需要每臺高壓變頻器驅動電機系統(tǒng)時對電機進行有功電流的分離，將異步電機運行時有效分離出的有功電流傳輸給主機控制系統(tǒng)。主機控制系統(tǒng)進行有效控制。

從輸出電流中準確分離出有功電流需要知道當前電機轉子磁鏈的角度。高壓變頻器采用模型參考自適應的方式準確獲取電機轉子磁鏈的角度。

圖3 模型參考自適應框圖

一個模型參考自適應系統(tǒng)如圖3所示，應包含著兩種模型，分別為參考模型和可調模型，這兩個模型有著相同物理意義的輸出量，不同的是參考模型不含待估參數，而可調模型含有對應的待估參數。其基本思想為：參考模型與可調模型的輸出和狀態(tài)性能指標通過反饋比較器得到誤差方程，構造合適的自適應律，使得可調模型的控制對象能夠跟隨參考模型的動態(tài)響應，從而實現自適應實時調節(jié)。通過模型參考自適應估計器估算出轉子角度θ。

電機三相電流反饋iu、iv、iw經傳感器采樣，然后再根據轉子位置電氣角度θ進行Clarke變換和Park變換輸出ids、iqs，ids為勵磁電流，用于異步電機工作時提供磁場。iqs為有功電流，為電機實際做功電流，用于功率平衡控制。

主從功率平衡控制，采用無感矢量控制技術，在圖2中，驅動1號電機的高壓變頻器的主機工作在速度模式，后臺操作時只需要向驅動1號電機的高壓變頻器發(fā)送開機、停機、調頻等命令，主機協同控制整個系統(tǒng)，所有從機工作在轉矩模式，主機將所有從機傳來的有功轉矩電流進行計算得出轉矩指令，發(fā)送給所有從機，從機根據轉矩指令進行運行。2號電機和1號電機為同軸連接，3號電機和4號電機為同軸連接，同軸連接響應速度快。1號電機和3號電機之間的協同控制調整速度慢，整個系統(tǒng)得以穩(wěn)定運行。

圖4 現場四驅皮帶機運煤系統(tǒng)穩(wěn)定運行

整個四驅控制系統(tǒng)算法在現場得到很好的驗證，現場穩(wěn)定運行如圖4所示。

3 結束語

高壓變頻器多機主從控制，在輸煤等皮帶機現場得到很好的應用驗證，具有運行穩(wěn)定、良好調速、功率平衡等優(yōu)點。由于降低了啟動沖擊，機械系統(tǒng)的損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒壽命大大延長。相信多電機驅動皮帶機系統(tǒng)會越來越廣泛，高壓變頻器多機主從控制會有更大的發(fā)展。