3 JCC型皮帶運(yùn)輸機(jī)專(zhuān)用高壓變頻器主要設(shè)計(jì)方案
(1) 控制架構(gòu)體系
采用了80C196MH六片單片機(jī)在虛擬總線(xiàn)的通訊格式下，任意主令其中一片為主控CPU單元，其它自動(dòng)按序堆棧為從控CPU單元和子控CPU單元。再采用RS-485通訊方式與上位機(jī)監(jiān)控的人機(jī)界面(彩色觸摸屏)聯(lián)機(jī)，形成一套皮帶機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)的智能控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)三臺(tái)電機(jī)的同軸同步軟啟動(dòng)，軟停止功能。在起動(dòng)、運(yùn)行、停止過(guò)程中能夠自動(dòng)地對(duì)轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)和功率平衡調(diào)節(jié)。
(2) 高壓變頻器主電氣系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
同軸兩臺(tái)電機(jī)采用共直流母線(xiàn)系統(tǒng)，調(diào)速系統(tǒng)分開(kāi)，單臺(tái)電機(jī)單獨(dú)拖動(dòng)、集中控制。高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)主回路如圖2所示。
圖2 高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)主回路
(3) 主回路硬件
變頻器逆變器，采用成熟的佳靈JCP-6kV/500kW—IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器平臺(tái)增、減。
(4) 變頻的運(yùn)行和操作
采用高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行改造具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下;變頻器操作可以在本機(jī)控制，也可在遠(yuǎn)程控制。本機(jī)控制是，靠變頻系統(tǒng)內(nèi)置三臺(tái)觸摸屏來(lái)設(shè)定運(yùn)行參數(shù)。在觸摸屏上進(jìn)行運(yùn)行和停止操作。遠(yuǎn)控時(shí)，通過(guò)工作臺(tái)來(lái)對(duì)變頻系統(tǒng)進(jìn)行外控操作。工作臺(tái)上有高低速選擇，可以根據(jù)工況需要來(lái)自由設(shè)定運(yùn)行頻率，完全可以滿(mǎn)足工藝要求。
4 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)
(1) 系統(tǒng)方式和措施及目標(biāo)
JCC型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)是采用直接“高—高”變換形式，為IGBT直接串聯(lián)兩電平控制方式。輸入、輸出采用本公司獨(dú)特的LC濾波方式。這種方式對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，輸入功率因數(shù)高，可達(dá)到98％以上，諧波含量遠(yuǎn)低于5％，不存在諧波引起的電機(jī)發(fā)熱、噪音、輸出共模電壓等問(wèn)題。此高壓系統(tǒng)針對(duì)三臺(tái)電機(jī)的工作情況，在三臺(tái)變頻間增加主－從控制方式，其工作原理如圖3所示。
圖3 主－從控制原理
三臺(tái)變頻器通過(guò)RS-485+轉(zhuǎn)換模塊相互通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)交換。使用中可以任意設(shè)置其中一臺(tái)為主機(jī)，其余兩臺(tái)為從機(jī)。在現(xiàn)場(chǎng)工況中優(yōu)先設(shè)置單獨(dú)的一臺(tái)電機(jī)為主機(jī)，同軸兩臺(tái)電機(jī)為從電機(jī)。
(2) 主機(jī)、從機(jī)的定義
主機(jī)是變頻器群控中的首機(jī)，其他變頻器都是從機(jī)，主機(jī)只有一臺(tái)。在運(yùn)行中只對(duì)主機(jī)控制，全部從機(jī)同步地自動(dòng)跟隨主機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)算、動(dòng)態(tài)運(yùn)行，保持良好的主、從關(guān)系和功率平衡。按所設(shè)定目標(biāo)控制運(yùn)行模式穩(wěn)定運(yùn)行。
(3) 主機(jī)、從機(jī)的設(shè)定
在以實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)工藝條件中，可由用戶(hù)自主地設(shè)定一臺(tái)為主機(jī)，其他為從機(jī)。
(4) 主機(jī)、從機(jī)的操作運(yùn)行
主機(jī)控制從機(jī)的啟動(dòng)和停止。向從機(jī)發(fā)出主機(jī)的設(shè)定頻率參數(shù)、運(yùn)行停止命令跟蹤運(yùn)行與狀態(tài)執(zhí)行指令等，收集各從機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況和故障等信息。主機(jī)保持與外控信息輸入與信息保持聯(lián)系。運(yùn)行中只對(duì)主機(jī)操作與運(yùn)行參數(shù)設(shè)定，從機(jī)操作無(wú)效，從機(jī)跟隨主機(jī)同步運(yùn)行。主、從機(jī)的加、減速時(shí)間都需要設(shè)定為一致，從機(jī)在機(jī)群全部停機(jī)后或電機(jī)接線(xiàn)是可單獨(dú)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。
(5) 主－從機(jī)的功率平衡和同步
先通過(guò)觸摸屏設(shè)定功率平衡系數(shù)，0~200％可調(diào)。在啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)各自變頻器的直流母線(xiàn)電流檢測(cè)，送子機(jī)CPU比較器與主機(jī)母線(xiàn)代碼電流數(shù)值比較，獲得誤差信號(hào)，經(jīng)CPU運(yùn)算后，發(fā)出新的U/F調(diào)節(jié)的PWM波形去實(shí)現(xiàn)功率平衡運(yùn)行。另一路送入主－從－子機(jī)間相互交換數(shù)據(jù)、存貯、各自顯示新的電量參數(shù)。同時(shí)檢測(cè)各自變頻器的直流母線(xiàn)上出現(xiàn)的再生電壓波形和電壓差值，通過(guò)主機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)置值比較、運(yùn)算出轉(zhuǎn)差率，再由子機(jī)CPU調(diào)節(jié)頻率增益補(bǔ)償?shù)募踊驕p值，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的同步。
(6) 主－從機(jī)的故障顯示與處理
在運(yùn)行中若出現(xiàn)故障，故障機(jī)顯示“LU”“OUD”“FL”等提示。無(wú)故障機(jī)顯示當(dāng)前運(yùn)行界面并作閃爍提示。只有故障機(jī)復(fù)位和無(wú)故障顯示時(shí)方可重新啟動(dòng)運(yùn)行。在運(yùn)行中若主機(jī)出現(xiàn)故障全部機(jī)群作自由停止方式停機(jī)，單臺(tái)從機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)單臺(tái)停機(jī)，其余繼續(xù)運(yùn)行。但在單臺(tái)故障排除后，必須全部停止后再重新啟動(dòng)。
(7) 保護(hù)功能和顯示
變頻裝置系統(tǒng)有過(guò)電壓、過(guò)電流、欠電壓、短路、接地、過(guò)載、過(guò)熱、橋臂保護(hù)等保護(hù)功能。一旦出現(xiàn)故障，變頻器將發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。所有故障情況，均在中文用戶(hù)界面上顯示出來(lái)，預(yù)留打印功能接口。便于用戶(hù)根據(jù)故障情況采取相對(duì)措施。
5 變頻系統(tǒng)運(yùn)行情況
2004年5月底，成都佳靈電氣制造有限公司將高壓變頻器運(yùn)到礦上，6月1號(hào)開(kāi)始安裝，并于6月10日開(kāi)始調(diào)試。經(jīng)過(guò)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)和變負(fù)載、壓帶負(fù)載運(yùn)行試驗(yàn)，效果良好。于6月28日J(rèn)CC型皮帶運(yùn)輸機(jī)專(zhuān)用高壓變頻器正式投入生產(chǎn)性運(yùn)行。經(jīng)一年的正常運(yùn)行，礦局反映:不負(fù)所望，效果達(dá)到預(yù)期目的。
5.1 項(xiàng)目實(shí)施后的經(jīng)濟(jì)效益
外運(yùn)皮帶高壓變頻投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行情況良好，基本達(dá)到工藝要求和技術(shù)改造的目的。
通過(guò)技術(shù)改造后獲得的經(jīng)濟(jì)效益:
（1) 減少了液力耦合器每年的檢修費(fèi)用;
（2) 技術(shù)改造后降低液力耦合器每年的備件費(fèi)用;
（3) 改造后節(jié)約了每年的樓房維修費(fèi)用;
（4) 取消了液力耦合器前后電流比較，空載時(shí):而加的液力耦合器電流23A左右,采用變頻器電流15A左右;滿(mǎn)負(fù)荷時(shí):加耦合器電流40～45A左右,采用變頻器后電流33~38A左右，每h三臺(tái)電機(jī)至少能節(jié)約共200~300kWh，按1hWh=0.5元計(jì)算，一天運(yùn)行20h，一年350天可減少電費(fèi)支出60萬(wàn)元左右。
（5) 如在煤量不正常的情況下降頻使用，節(jié)能效果將更顯著。
6 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，本文根據(jù)了皮帶運(yùn)輸機(jī)為多電機(jī)同軸拖動(dòng)的機(jī)械性質(zhì)。現(xiàn)在一般的IGBT高壓變頻器，存在著其高壓變頻電路方案特點(diǎn)，不能克服多電機(jī)同軸拖動(dòng)的技術(shù)難題前提下。設(shè)計(jì)出的一種JCC型皮帶運(yùn)輸機(jī)專(zhuān)用IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器及控制系統(tǒng)。經(jīng)在用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)使用獲得了良好的應(yīng)用效果。本技術(shù)方案產(chǎn)品，更加拓展了IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器應(yīng)用領(lǐng)域。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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