摘要：簡要介紹了山西煤銷集團陽泉公司常順至上社煤炭運輸系統項目的情況，重點介紹了深圳市庫馬克新技術股份有限公司生產的ES9000系列皮帶機專用高壓變頻器的原理、技術特點及在長距離帶式輸送機應用的技術方案。采用變頻后，多電機驅動的帶式輸送機實現了自動調速、功率平衡和轉速同步功能，設備運行穩定、故障率低、自動化程度高、大大降低設備能耗和提高生產率。

關鍵詞：DG300型長距離圓管帶式輸送機；ES9000高壓變頻器；功率平衡；節能；

1引言

文章根據DG300長距離圓管帶式輸送機工藝過程的驅動和控制要求，采用深圳市庫馬克新技術股份有限公司生產的ES9000系列皮帶機專用高壓變頻驅動系統進行驅動控制。高壓變頻器按重載選配，可實現200%以上的啟動轉矩；并開發出多電機驅動的皮帶機專用驅動控制系統，不僅實現了頭尾電機啟停及加減速過程中的平滑控制和多電機負載平衡控制，同時實現生產過程監控管理一體化，使DG300型長距離圓管帶式輸送機在生產上具有先進的過程控制自動化，更在管理上具有現代化水平，而且對提高生產效率、穩定運行、降低能耗等具有重要意義。

2項目簡介

山西煤銷集團陽泉公司常順至上社煤炭運輸系統由太原正越工程設計有限公司設計，由太原向明機械制造有限公司制造并負責配套集成，主要服務于山西陽泉上社煤炭有限責任公司選煤廠。該運輸系統主要由DG300圓管帶式輸送機和頭尾配套帶式輸送機組成。DG300圓管帶式輸送機全長為4.927公里，起點為常順煤礦筒倉側，機尾有1個受料點，采用給料機轉皮帶機均勻給料；終點位于山西煤炭運銷集團上社煤炭有限責任公司外來煤儲煤場。DG300圓管帶式輸送機線路大部分在山區之內，經過林場、農田、翻山越嶺，線路較復雜。輸送能力按350t/h設計，管帶機管徑為Φ300mm，帶速為3.15m/s；工作制為每年工作330天，每天工作16h。DG300圓管帶式輸送機由4臺10kV/400kW高壓變頻電機驅動，采用機頭2驅動+機尾2驅動布置形式，驅動系統配套采用深圳市庫馬克新技術股份有限公司生產的ES9000系列皮帶機專用高壓變頻器和皮帶機專用驅動控制系統，實現對輸送機的自動控制和節能運行。

3帶式輸送機高壓變頻驅動系統方案設計

3.1設計條件

1）供電電源數據

主回路額定電壓：10kV±10%，額定頻率：50Hz±5%

控制電源：380VAC2kVA

2）圓管帶式輸送機設備參數

管徑φ＝300，運量Q＝350t/h,帶速v=3.15m/s；

提升高度H=-76m，輸送距離L＝4927m；

電源電壓：U＝10KV,電機額定電壓：10kV；

電機功率：4×400kW,電機額定電流：28.6A；

驅動方案：四個驅動滾筒，頭尾各二個，每個滾筒由單電機驅動；

3.2系統設計

圓管帶式輸送機的前后部共四臺電機分別由一臺ES9000皮帶機專用高壓變頻器驅動，四臺變頻器之間通過以太網分別與機頭和機尾的皮帶機專用集控箱連接，機頭和機尾的皮帶機專用集控箱通過四芯單模光纖連接，實現主從控制，達到機頭與機尾電機同步調速、功率平衡的目的，同時在皮帶機專用集控箱上預留以太網通訊接口同帶式輸送機主控系統連接，將變頻器的速度、電流、轉矩等信號傳輸給主控系統，實現整個帶式輸送機系統的聯鎖保護和邏輯控制。作為備用在機頭、機尾分別備用一臺高壓變頻器，備用機也分別連在機頭和機尾的變頻器集控箱上，當機頭、機尾變頻發生故障時，由人工將電機電纜聯接至備用變頻器，主機、從機和備用機的選擇在變頻器集控箱的觸摸屏上實現選擇，變頻驅動系統結構示意圖和通訊網絡圖如圖一、圖二所示。

圖一變頻器驅動系統結構圖

圖二變頻器驅動系統通訊網絡圖

3.3控制回路和用戶接口設計

變頻驅動系統的控制回路主要負責四臺電機的啟停邏輯控制、Harrison曲線加減速控制、啟停及運行過程中的功率平衡和轉速同步控制、帶式輸送機的故障聯鎖保護等，變頻器和集控箱的接口圖如圖三和圖四所示。

圖三：高壓變頻器接口圖

圖四：集控箱接口圖

3.4冷卻系統設計

綜合考慮現場的實際情況，因本項目高壓變頻器的功率不大，現場配電室環境較好，溫濕度適宜，無粉塵和腐蝕氣體，從散熱效果和經濟使用的角度出發，該項目采用強迫風冷的冷卻方式，在配電室的左側開1m*2m的入風口加裝濾網，變頻器頂部安裝風罩，并用冷卻風道引出室外，設計風道出風口的排風量≥5m3/s,完全滿足現場的散熱需求。

圖五：通風系統示意圖

圖六：冷風風道安裝圖

3.5ES9000皮帶機專用高壓變頻驅動系統原理及技術特點

ES9000系列皮帶機專用高壓變頻驅動系統是深圳庫馬克公司在與國際著名電氣公司多年合作經驗的基礎上，有效吸收國際領先技術、結合中國國情，開發設計生產出的高可靠性變頻調速節能系列產品。該產品采用目前國內最先進的磁通優化的空間矢量PWM控制技術，采用成熟可靠的多單元串聯結構形式，硬件可靠性高，性能優異，使用中文操作，具有高過載能力、超強電網適應能力、大力距啟動和功率平衡等特點，非常適合長距離帶式輸送機的應用。

3.5.1ES9000皮帶機專用高壓變頻器原理

ES9000系列皮帶機專用高壓變頻器采用多單元串聯結構，主回路主要由多繞組供電變壓器和數個逆變單元構成。多繞組供電變壓器為每個逆變單元單獨供電，并實現單元之間的供電電源隔離和與電網之間的隔離。逆變單元是核心功率部件，其開關器件為高性能IGBT。10KV高壓變頻器的主回路結構和功率單元結構如下圖所示。

圖七：10KV高壓變頻器主回路原理圖

圖八：功率單元原理圖

3.5.2ES9000皮帶機專用高壓變頻驅動系統技術特點

1）先進的控制技術

控制軟件由來自國外的著名變頻器專家帶頭，結合當今世界最先進的控制理論自主開發而成，采用改進完善的最新一代磁通優化的空間矢量PWM控制技術，動態轉速控制精度小于額定轉速的±2%，轉矩階躍響應時間＜10ms，輸出頻率分辨率＜0.01Hz。

2）高可靠、長壽命

設計壽命20年，設計平均無故障工作時間MTBF>10萬小時，功率單元故障平均修復時間MTTR<10分鐘。柜頂均安裝有知名品牌長壽命冷卻風機，通風散熱系統安全可靠。

三路控制電源供電：標準配置雙回路控制電源供電（1路內部220VAC和1路外部220VAC），選配UPS、以獲得更穩定的冗余電源。

光纖通訊：變頻器內部采用光纖通訊，完全光電隔離，抗干擾能力強。

3）完美無諧波

10KV高壓變頻器48脈沖輸入，電網側諧波小，無需輸入濾波器，輸入側諧波含量均滿足IEEE519-1992和GB/T14549-2002的要求。采用多重化正弦波PWM輸出，dv/dt小，輸出電壓、輸出電流波形接近完美正弦波，電機轉矩脈動小，系統運行平穩，運行噪聲低。

4）功率單元旁路運行

全系列產品標配功率單元硬件旁路運行功能，當某個功率單元故障時，功率單元自動旁路技術可以將故障的功率單元自動切除，三相輸出電壓自動平衡，變頻器繼續運行。提供最多3級旁路功能，即每相最多允許3個功率單元，3相最多允許任何位置的9個功率功率單元旁路運行，可靠性極高，整機利用率為99.99%。

5）浪涌吸收保護功能

標配浪涌吸收保護功能，全面吸收尖峰電流，確保設備一次性上電成功，ES9000的浪涌吸收保護功能包單元防浪涌和系統防浪涌兩部分。

6）重載配置、啟動力矩大

針對圓管帶式輸送機啟動力矩大和負載波動運行等特點，ES9000系列皮帶機專用高壓變頻器采用重過載的元器件配置，過載能力≥2倍電機額定電流1分鐘，尤其在低速帶載運行時，可輸出200%以上的額定轉矩，可實現長距離圓管帶式輸送機低速驗帶功能，滿足調試、維護等工作需求。

7）Harrison曲線控制

ES9000系列皮帶機高壓變頻驅動系統主動對電機轉矩控制，啟動、停車、加速和減速采用Harrison曲線控制，使帶式輸送機加減速過程平穩，控制皮帶機主從分時啟動和停車，避免皮帶在啟動過程中產生張力波，最大幅度保護電氣與機械設備安全，減小設備傷害，降低維護成本。

圖九：Harrison曲線

圖十：四臺電機啟動曲線

8）多傳動負載平衡

采用深圳市庫馬克新技術股份有限公司自主研發的主從同步系統控制技術，內部采用高速以太網通訊、將多傳動變頻組成一個控制系統，由皮帶機專用集控箱自動調節各傳動工作狀態，最終實現各傳動系統轉矩、功率、電流平衡，速度同步，正產運行時保持皮帶正常運行，避免皮帶等設備因驅動不平衡引發設備事故。

4系統運行效果

該項目是全國產技術第一次在長距離圓管帶式輸送機上的實踐應用，項目于2013年7月份正式投入運行，自投運以來，各項運行指標達到設計要求，連續長期運行、無設備故障停機情況，滿足生產的實際需要。項目采用深圳市庫馬克新技術股份有限公司自主研發的ES9000皮帶機專用高壓變頻驅動系統功能先進、可靠性高、運行穩定，有效的保障了系統的長期穩定運行，采用變頻驅動系統后主要有以下幾點優點。

1，實現了軟啟動、軟停車，減少機械沖擊，使運行更加平穩可靠，極大地延長了設備的使用壽命；

2，輸入完美無諧波，輸出完美正弦波，對電網無污染，對周邊設備無干擾；

3，保護功能齊全，報警機制完善，基本免維護，大大降低勞動強度；

4，采用速度和功率雙閉環控制方式，實現頭尾四臺電機之前的速度同步和功率平衡功能；在加減速過程中，四臺電機的轉速基本一致，功率不平衡度<4%，長期穩定運行中功率不平衡度<2%，完美滿足多電機驅動的長距離圓管帶式輸送機的運行需求；

5，Harrison曲線控制，加減速過程平滑，長期連續穩定運行，大大提高了產量。

6，節約電能，系統具備自動節能運行功能，根據負載自動調節輸送機的轉速，節能效果明顯。

7，提高自動化水平，ES9000系列皮帶機專用高壓變頻驅動系統配置豐富的標準工業通訊接口，可以很方便的與帶式輸送機主控系統、DCS系統、能源管理系統及其它系統通訊，極大提高了機組的自動化水平。

5結束語

該項目是國產高壓變頻器首次在長距離、多電機驅動的圓管帶式輸送機上的成功應用。采用深圳庫馬克公司生產的ES9000系列皮帶機專用高壓變頻驅動系統后，實現了帶式輸送機的軟啟、軟停運行方式，實現了多電機的轉速同步和功率平衡，大大提高了系統的功率因數和系統效率；實現了帶式輸送機的高轉矩、高精度、款調速范圍驅動；采用變頻后低速輸出力矩大、過載能力強、保護功能齊全、可靠性高、故障率低，使用維護方便，節能降耗。實踐證明ES9000系列皮帶機專用高壓變頻驅動系統，其技術已經達到國際先進水平，在皮帶機應用領域中能夠創造巨大的經濟效益和良好的社會效益，對于創建節能環保型社會發揮著重要作用。

參考文獻：

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作者簡介：劉俊強(1981－)，男，河南三門峽人，碩士研究生，工程師，任深圳市庫馬克新技術股份有限公司總經理助理；