1 引言
山西汾西礦業(集團)有限責任公司是2000年8月由汾西礦務局改制的國有獨資公司，企業成立于1956年，是山西省人民政府授權經營的國有重點煤炭企業。公司擁有資產總額46億元，現有職工40623人，礦區人口約十六萬。
枊灣礦是汾西礦業集團有限責任公司的主力生產礦井。井田面積為106.8(km)2，煤層總厚11.89m。枊灣礦現有保有儲量9.83億t，可采儲量4.2億t(其中焦煤1.9億t，肥煤2.3億t)。
本項目為新柳煤礦主礦井的原煤產量提升至400萬t的技改項目。
2 原有系統裝置概述
主井皮帶原采用2臺高壓電機拖動，整套系統工作是由2臺315kw/6kv高壓異步電動機并聯拖動。
主井皮帶是柳灣煤礦的中樞，一旦皮帶機不能正常工作，將造成全礦停產，不但影響生產，造成巨大經濟損失，而且會引起嚴重的社會影響。
原有系統采用交流繞線式電機串電阻調速系統。該調速系統屬于有級調速，調速的平滑性差；低速時機械特性較軟，靜差率較大；電阻上消耗的轉差功 率大，節能效果較差；起動過程和調速換擋過程中電流沖擊大；中高速運行振動大，安全性較差。該調速系統在解決電機間同步，以及出力不均的問題時能力明顯不足。機械磨損和老化問題日趨嚴重，性能逐年降低，故障率增加，設備維修難度大;電動機效率低，損耗大。整個系統效率低，調速范圍有限，穩定性差。
3 變頻調速新系統裝置概述
主井皮帶采用3臺高壓電機拖動，整套系統工作是由3臺710kw/6kv高壓異步電動機并聯拖動。其中兩臺電機同軸拖動同一滾筒，另一電機單獨驅動另一滾筒，皮帶運輸機傳動系統圖如圖1所示。
圖1 皮帶運輸機傳動系統圖
該系統不僅要求3臺速度同步，而且3臺負荷分配要均衡一致，如圖2所示。
圖2 皮帶運輸機高壓變頻裝置驅動圖
綜合以上因素，甲方考慮采用高壓變頻調速裝置驅動皮帶系統，但是，由于目前國內外高壓變頻器的應用領域主要在風機水泵等變轉矩應用方面，很少有恒轉矩重載設備驅動的實例，而重載多單元同步控制的成功應用更是幾乎沒有，新柳煤礦非常慎重，經過綜合考查了國內外多家變頻廠商，同各方面專家進行了多次的研討，最終確認了日本明電舍的vt710高壓變頻器驅動裝置的系統方案。
圖2為皮帶運輸機高壓變頻器驅動系統圖。
4 變頻調速系統控制概述
鑒于復雜的現場情況，如：電機特性曲線存在差異、輥筒直徑制造差異、輥筒及皮帶的磨損差異、以及輥筒表面的附著差異等，我們建立以輥筒的一致性線速度為給定、以功率平衡分配為最終控制對象，構成速度和電流雙閉環主輔同步控制系統， 采用vt710 的轉矩自動平衡控制模式，以達到理想的同步控制效果。
同時，vt710根據電流電流反饋實時計算轉矩，并依靠其高速的系統響應，建立了優化的從動電機跟隨模型, 根據負載的變化和實際速度的變化，動態調整速度輸出和功率輸出，使3臺電機的功率平衡分配，線速度一致，達到高精度的同步控制。
以皮帶的工作速度v為基礎，中控室通過rs－485給3臺變頻器發送轉速指令，通過轉矩自動平衡控制模式，vt710 能夠自動調整3臺電機的平衡轉矩輸出點，在角速度n1、n2、n3不同的情況下，使得電機功率p1≈p2≈p3、同時輥筒線速度v1≈v2≈v3。
本系統如圖3所示，采用多單元同步控制系統，考慮到煤礦的現場情況和控制距離, 在設備機頭設有本地/遙控轉換開關，既可實現本地控制, 也可遠程遙控。3臺變頻器之間通過開放的rs－485串行通訊網絡進行實時通信，實現數據交換。在運行中，可以在控制室通過工控機對3臺高壓變頻器同時給定同步速度，實現良好的同步關系。
高壓變頻器系統圖如圖3所示。
圖3 高壓變頻器系統圖
運行中的高壓變頻器如圖4所示。
圖4 運行中的高壓變頻器外觀圖
5 vt710高壓變頻器特性
(1) 滿載時，包括移相變壓器在內的變頻調速系統效率≥97%；
(2) 功率因數≥95%；
(3) 滿足中國諧波相關標準；
(4) 適用6000v 普通異步電機；
(5) 近似全數字pwm脈寬調制技術；
(6) 全功率范圍段的mcu控制；
(7) pwm輸出電壓波形控制在vdc內；
(8) 直接矢量閉環控制模式，控制精度萬分之一；
(9) 在閉環矢量控制模式下，vt710的控制范圍是1:100，即以50hz為基頻，其控制范圍可到0.5hz。在開環情況下，vt710的控制范圍也可達到1:10，即5hz；
(10) 電流跟蹤和磁通補償功能；
(11) 主要功能：轉差補償，電機參數自學習，瞬時停電再啟動，多段速，高效運行，比例聯動，頻率跳躍等;
(12) 保護功能：過電流限制，過電壓限制，過負荷預警，過電流跳閘，過電壓跳閘，cell功率單元故障跳閘，過負荷跳閘，接地故障跳閘，過熱跳閘，其它；
(13) 顯示：輸出頻率，電機轉速，電機電流，輸出電壓，電機輸出功率，各功率單元dc電壓，運行時間，故障查詢，變頻器溫度，其它。
6 vt710變頻調速系統與交流繞線式電機串電阻調速系統的比較
6.1 vt710與電機串電阻調速相比的突出特點
(1) 起動性能優越
變頻器采用速度閉環控制，調速精度高，啟動轉矩可以做到等于最大輸出轉矩；即使在零速也可以達到最大轉矩。串電阻調速起動過程和調速換擋過程中電流沖擊大。
(2) 系統效率高
變頻器輸出直接和電機相連接，效率高；繞線式電機轉子串電阻調速，電阻上消耗大量的轉差功率,效率極低。
(3) 負載特性良好
變頻器負載可以在很大的范圍來調節；繞線式電機轉子串電阻調速范圍有限。
(4) 維護成本低
變頻器的運行成本和維護成本卻遠遠比串電阻調速低。串電阻調速的日常維護比變頻器工作量大，維護成本高。
6.2 變頻器系統和繞線式電機轉子串電阻系統綜合比較
變頻器系統和繞線式電機轉子串電阻系統綜合比較如附表所示。
7 vt710直接高壓變頻器運行情況及經濟效益分析
vt710直接高壓變頻器于2008年2月1日開始調試，2月7日開始帶負載試運行，3臺變頻器直接起動試運行一次成功。
通過調試和運行情況可以看到，明電舍的驅動系統滿足了濕度大、電壓波動大、負載變化大、平滑起停、低頻大扭矩等多單元同步運行的現場要求，具有以下優點:
(1) 運行穩定，安全可靠。
(2) 啟動平穩，無沖擊，同步性好，能夠自動達到功率平衡，由主機控制將3臺電機同時啟動。實現了軟啟動，軟停止。啟動過程中幾乎無沖擊，降低了電機的噪音和故障率。并且3臺變頻器運行電流相差均在1a以內，實現了自動功率平衡調整。
(3) 變頻器自身保護功能完善，保護功能完美，動作靈敏可靠，大大加強了對電動機的保護。
(4) 節能效果明顯，大大降低了用電量，節約了電費。實際測量中，空載運行電流為15a，重載運行電流為40～50a。3臺電機每小時至少能節約電能270～350kw.h，按0.5/kw.h計算，一天運行20h，每年可減少電費支出100萬元左右。而在煤量不正常的情況下降頻使用，節能效果更加顯著。
很多用戶已經對新柳礦的皮帶機改造成功表示了極大的興趣，大家一致認為此新系統解決了傳統皮帶機驅動的很多頑疾。
8 調試中遇到的問題及解決的辦法
在本項目中的調試中，遇到如下問題，需在今后的工程中注意：
(1) 由于在機械抱閘打開后才給vt710發出run指令，在vt710輸出轉矩之前，當皮帶載煤較重的情況下，電機有被倒拖的現象，在某些時刻電機進入第4象限特性而超出轉差控制范圍。而vt710為標準2象限產品，此時會偶爾發生無法啟動的問題，需重新復位。在此，經討論提出幾種解決方案：
●采用vt710的預激磁模式，在抱閘松開前維持電機磁場，保證在抱閘松開時電機可以立刻輸出轉矩；
●采用vt710的0速轉矩控制模式，在抱閘松開前維持電機轉矩，但速度指令為0，而在抱閘松開后改變速度指令，電機可立即爬升。
●采用有雙pwm的vt710p變頻器，可4象限連續工作，能夠將電機電能直接反饋到電網，可以滿足頻繁啟停并克服位能負載的下滑問題。在絞車、起重機等位能負載應用時，必須采用vt710p。
鑒于皮帶倒拖問題并不十分明顯，且距離微小，現場采用了非常簡明的啟動延時方案，待逆止器頂住電機后再啟動vt710變頻器，避免了在4象限啟動的問題。
(2) 在初始運行時由于配電房通風口未安裝濾網，而配電房恰巧正對煤堆，大量煤粉進入vt710，堆積而導致了模塊短路。
(3) 運行初始階段，有時會出現串口通訊故障而無法自動復位，只能斷電復位的問題。經日方專家在現場研究發現，vt710的串口通訊協議是依日本慣例采用全雙工485模式(4線制)，而皮帶集控廠家所采用的是半雙工485模式(2線制)，致使在通訊堵塞時vt710得不到串口復位指令。經日本方面緊急修改軟件，解決了這個問題。
(4) 一般工業電器的輸入電壓波動標準是±10%，而煤礦由條件所限，電壓波動經常超標，因此，在vt710的設計中加入了此因素，使其達到±15%。
9 結束語
主井皮帶機是煤礦的中樞，采用vt710高壓變頻器的轉矩自動平衡控制模式，克服了原采用交流繞線式電機串電阻調速系統的缺陷，達到了理想的同步控制效果。是值得推廣應用的好技術。
作者簡介
朱國華 男 現任現任汾西礦業集團公司副總工程師。
李朝良 男 現任汾西礦業集團公司副總工程師。
參考文獻（略）
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
