英威騰CHV190中壓變頻器在雙滾筒驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用
2012/11/15 10:47:02
——主從功率均衡模式應(yīng)用
深圳市英威騰電氣股份有限公司 技術(shù)支持部
摘 要：本文主要介紹了英威騰CHV190中壓系列變頻器采用主從功率均衡模式在雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用。主從功率均衡模式是英威騰CHV190系列變頻器獨(dú)特的控制功能，能使拖動(dòng)同一設(shè)備的多臺(tái)電機(jī)輸出功率相同，并且不采用多臺(tái)變頻器之間共直流母線方式，避免了不同變頻器之間電流不平衡的問(wèn)題。控制性能優(yōu)良，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。
關(guān)鍵詞：CHV190中壓變頻器 雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī) 主從功率均衡模式
一、引言
帶式輸送機(jī)又稱膠帶輸送機(jī)，俗稱“皮帶機(jī)”。它作為一種連續(xù)動(dòng)作式輸送設(shè)備廣泛應(yīng)用于冶金、電力、化工等行業(yè)，在煤炭行業(yè)應(yīng)用更為廣泛。英威騰CHV190中壓變頻器已經(jīng)成功的應(yīng)用在了雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)上，兩臺(tái)變頻器采用主從功率均衡控制模式，主機(jī)和從機(jī)之間通過(guò)485通信或CAN通信進(jìn)行信號(hào)傳輸，分配兩電機(jī)之間的負(fù)荷使其達(dá)到均勻平衡。本文將具體介紹兩臺(tái)英威騰CHV190系列中壓變頻器采用主從功率均衡模式在山西平遙明子煤礦帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用。
二、雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)電氣傳動(dòng)要求
2.1 雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的組成
下圖為帶式輸送機(jī)簡(jiǎn)圖如圖1：
圖1 帶式輸送機(jī)示意圖
通用帶式輸送機(jī)由輸送帶、托輥、滾筒及驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、張緊、改向、裝載、卸載、清掃等裝置組成。輸送帶繞經(jīng)傳動(dòng)滾筒和機(jī)尾換向滾筒形成一個(gè)無(wú)極的環(huán)形帶。
雙滾筒驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)有兩種形式，一種是雙滾筒共同驅(qū)動(dòng)，另一種是雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)。雙滾筒共同驅(qū)動(dòng)其實(shí)質(zhì)和單滾筒驅(qū)動(dòng)一樣，兩個(gè)滾筒由1:1的齒輪連接。雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)其原理類似于兩個(gè)單滾筒驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)滾筒由2臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)。雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的原理示意圖如下：
圖2 分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)示意圖
2.1 雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)電氣傳動(dòng)要求
· 眾所周知，皮帶是一個(gè)彈性體，在靜止或運(yùn)行時(shí)皮帶內(nèi)貯藏了大量的能量，在皮帶機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，如果不加設(shè)軟起動(dòng)裝置，皮帶內(nèi)貯藏的能量將很快釋放出去，在皮帶上形成張力波并迅速沿著皮帶傳輸出去，過(guò)大的張力波極易引起皮帶被撕斷。因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，帶式輸送機(jī)必須進(jìn)行軟啟動(dòng)。
· 帶式輸送機(jī)裝料起動(dòng)時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩很大，要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置輸出起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也足夠大，才能保證能使帶式輸送機(jī)順利起動(dòng)。
· 雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)需要由兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，需要保證這兩臺(tái)電機(jī)輸出功率相同，即功率均衡，避免電機(jī)之間輸出功率不同，使出力大的電機(jī)出現(xiàn)過(guò)載或過(guò)流故障。
· 如果帶式輸送機(jī)用于向下運(yùn)輸，則需要考慮制動(dòng)問(wèn)題。
· 如果帶式輸送機(jī)使用的環(huán)境是在煤礦井下，則需要考慮使用防爆型的驅(qū)動(dòng)裝置。
三、英威騰CHV190中壓變頻器在雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用
3.1 主從功率均衡模式在雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用
英威騰CHV190中壓變頻器已經(jīng)成功運(yùn)用于山西某煤礦兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)上，兩臺(tái)電機(jī)各驅(qū)動(dòng)一個(gè)滾筒。驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)的兩臺(tái)CHV190變頻器之間采用主從功率均衡模式，一臺(tái)變頻器為主機(jī)，另一臺(tái)變頻器為從機(jī)。要求兩臺(tái)電機(jī)輸出功率基本相同。
具體情況如下：
1) 帶式輸送機(jī)電機(jī)參數(shù)
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項(xiàng)目 |
參數(shù) |
備注 |
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電機(jī)額定功率 |
132kW |
2臺(tái) |
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電機(jī)額定電壓 |
690V |
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電機(jī)額定電流 |
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單臺(tái)電機(jī) |
2) 根據(jù)以上帶式輸送機(jī)的要求，具體變頻器配置如下：
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項(xiàng)目 |
參數(shù) |
備注 |
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變頻器型號(hào) |
CHV190 |
2臺(tái)，礦用隔爆型 |
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變頻器額定功率/電壓/電流 |
200kW/690V/ |
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隔爆型CHV190-200G-6外形圖如下圖3：
圖3 隔爆型變頻器
1) CHV190變頻器電機(jī)參數(shù)調(diào)試：
在帶式輸送機(jī)電機(jī)與負(fù)載脫開(kāi)的情況下，單臺(tái)變頻器帶電機(jī)運(yùn)行，設(shè)置好電機(jī)參數(shù)后，首先在V/F模式下運(yùn)行。選擇幾個(gè)頻率點(diǎn)（如：5Hz，10Hz，15Hz，25Hz，35Hz，50Hz）分別運(yùn)行，觀察電流是否正常。可以使用上位機(jī)軟件觀察電流曲線。如果有振蕩則修改P2.19，一般取值在0、1、2這三個(gè)數(shù)間選擇。待電流不振蕩時(shí)再進(jìn)行電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)操作，如果不能旋轉(zhuǎn)自學(xué)習(xí)就采用靜態(tài)學(xué)習(xí)，電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)結(jié)束后，在開(kāi)環(huán)矢量模式下運(yùn)行電機(jī)。調(diào)整電機(jī)電感、互感和空載電流參數(shù)，使電機(jī)運(yùn)行正常，并保證輸出電壓對(duì)應(yīng)頻率線性增長(zhǎng)，在額定頻率時(shí)需保證輸出額定電壓。
開(kāi)環(huán)速度模式調(diào)試結(jié)束后，再采用開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)矩模式，設(shè)置P3.12=1，通過(guò)給定不同的轉(zhuǎn)矩值，觀察電機(jī)運(yùn)行情況，同樣調(diào)整電機(jī)電感、互感和空載電流參數(shù)，使電機(jī)運(yùn)行正常。這樣電機(jī)參數(shù)調(diào)試完畢。
2) 主從功率平衡模式調(diào)試
主從功率均衡主機(jī)模式接線圖如下圖4：
圖4 功率均衡模式接線圖
備注：上圖中的通信可以為485通信（通訊卡和I/O擴(kuò)展卡）和CAN通信（I/O擴(kuò)展卡）。
主從控制是一種分配兩電機(jī)或多個(gè)電機(jī)間的負(fù)荷使其達(dá)到均勻平衡的控制方式，當(dāng)一個(gè)傳動(dòng)設(shè)備是由兩個(gè)或多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，同時(shí)兩個(gè)電機(jī)或多個(gè)電機(jī)軸通過(guò)齒輪、鏈條或傳送帶等相互耦合在一起,就需要通過(guò)主從控制來(lái)分配各個(gè)電機(jī)間的負(fù)荷，以滿足控制精度。外部控制信號(hào)可以只與主機(jī)連接，主機(jī)通過(guò)一個(gè)串行通訊鏈路（CAN總線或者485總線）來(lái)控制從機(jī)。也可以主機(jī)和從機(jī)都連，通訊只傳遞主機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)。
一般情況下，主機(jī)采用速度控制，從機(jī)跟隨主機(jī)的轉(zhuǎn)矩或速度給定，應(yīng)用中分下面三種情況：
· 當(dāng)主機(jī)和從機(jī)的電機(jī)軸采用柔性連接時(shí)，主機(jī)采用速度控制，從機(jī)應(yīng)該采用速度控制模式，因?yàn)橹鳈C(jī)與從機(jī)之間允許存在微小的速度差異。
· 當(dāng)主機(jī)和從機(jī)的電機(jī)軸通過(guò)齒輪、鏈條等進(jìn)行剛性連接時(shí)，從機(jī)應(yīng)該采用轉(zhuǎn)矩控制模式，以使傳動(dòng)單元之間不存在速度差異。
· 在一些應(yīng)用中，從機(jī)既需要速度控制也需要轉(zhuǎn)矩控制。在這種情況下，可以通過(guò)從機(jī)的一個(gè)數(shù)字輸入端來(lái)完成速度控制和轉(zhuǎn)矩控制之間的自由切換。
因?yàn)榇舜螒?yīng)用的主機(jī)和從機(jī)的電機(jī)采用的是“皮帶”連接，屬于柔性連接，所以主機(jī)采用速度模式，從機(jī)也采用速度模式，具體調(diào)試情況如下：
備注：
· 上圖是變頻器驅(qū)動(dòng)柔性負(fù)載的應(yīng)用控制圖，所謂柔性負(fù)載就是主從之間通過(guò)皮帶或者其它有一定延展性的材料連接，由于材料存在延展性，主從機(jī)之間允許出現(xiàn)一定的速度偏差。
· 對(duì)于這種工況下，主機(jī)和從機(jī)全部采用速度控制。主機(jī)將當(dāng)前運(yùn)行頻率傳遞給從機(jī)，作為從機(jī)的主頻率給定；從機(jī)同時(shí)接收主機(jī)當(dāng)前輸出轉(zhuǎn)矩（輸出電流），并與其自身輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行誤差PID計(jì)算，作為當(dāng)前設(shè)定頻率的一個(gè)調(diào)整量，最終達(dá)到主從機(jī)之間的同步控制和功率平衡。
· 在主從控制模式下，主機(jī)的運(yùn)行信號(hào)與從機(jī)的故障信號(hào)串聯(lián)，一旦從機(jī)出現(xiàn)故障，則不允許主機(jī)運(yùn)行。
· 從機(jī)PID的計(jì)算有三種模式可以選擇，具體可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)靈活處理。
· F_m>Pb.24的含義是保證主機(jī)首先啟動(dòng)后，從機(jī)才開(kāi)始進(jìn)行PID運(yùn)算，防止由于主機(jī)還沒(méi)有啟動(dòng)導(dǎo)致PID運(yùn)算初始累計(jì)。
四、英威騰CHV190中壓變頻器在雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用效果與客戶評(píng)價(jià)
此次CHV190中壓變頻器在雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用，主機(jī)傳給從機(jī)的信號(hào)，采用了轉(zhuǎn)矩信號(hào)和電流信號(hào)，兩者都能實(shí)現(xiàn)功率均衡效果。從機(jī)在采用速度控制模式下，完全能滿足現(xiàn)場(chǎng)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行要求，運(yùn)行穩(wěn)定。完全到達(dá)了帶式輸送機(jī)的運(yùn)行要求和用戶的要求。具體效果分析如下：
· 主機(jī)和從機(jī)之間的電流相差可以控制在5A左右，功率平衡效果好。
· 對(duì)變頻器PID參數(shù)依賴較高，如果參數(shù)設(shè)置不當(dāng)可能導(dǎo)致電機(jī)振蕩輸出，嚴(yán)重時(shí)（尤其在空載情況下）可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)壓故障。
· 該模式可以適用于變頻器的V/F控制方式。
· 雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)采用變頻器進(jìn)行主從功率平衡控制，不僅能實(shí)現(xiàn)皮帶安全的軟起軟停，平穩(wěn)運(yùn)行，分配負(fù)載均衡，而且還能滿足帶式輸送機(jī)的驗(yàn)帶功能要求，為用戶節(jié)約電能。
運(yùn)行到25Hz波形：
運(yùn)行到49Hz波形：
五、結(jié)束語(yǔ)
英威騰CHV190中壓變頻器采用主從功率均衡模式在煤礦雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)上的成功應(yīng)用,不僅使雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的兩臺(tái)電機(jī)之間的負(fù)載均衡問(wèn)題得到了很好的解決，而且提高了煤炭行業(yè)的帶式輸送機(jī)設(shè)備的自動(dòng)化水平，加快了煤炭行業(yè)的產(chǎn)業(yè)裝備的升級(jí)。對(duì)提高煤炭行業(yè)的產(chǎn)能，保證煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)都起到了非常積極的作用。
參考文獻(xiàn)
[1] 《英威騰變頻器產(chǎn)品手冊(cè)》 深圳英威騰電氣股份有限公司
[2] 《英威騰CHV190系列起重專用變頻器說(shuō)明書(shū)》 深圳英威騰電氣股份有限公司
[3] 《礦山機(jī)械與設(shè)備》 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社 謝錫純 李曉豁 主編
關(guān)于英威騰：
英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領(lǐng)先、受人尊敬的電氣傳動(dòng)、工業(yè)控制、新能源領(lǐng)域的產(chǎn)品與服務(wù)供應(yīng)商，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國(guó)家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)，目前擁有11家控股子公司，依托于電力電子、自動(dòng)控制、電機(jī)控制、節(jié)能環(huán)保、物聯(lián)網(wǎng)、信息化等關(guān)鍵技術(shù)的掌握，主要產(chǎn)品涵括高、中、低壓變頻器、電梯智能整體機(jī)、伺服系統(tǒng)、PLC、HMI、電機(jī)和電主軸、SVG、UPS、光伏逆變器等。英威騰現(xiàn)有員工1600多人，大型生產(chǎn)基地4個(gè)，營(yíng)銷網(wǎng)絡(luò)遍布國(guó)內(nèi)及海外60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。