英威騰CHV190中壓變頻器在雙滾筒驅動帶式輸送機上的應用
2012/11/15 10:47:02
——主從功率均衡模式應用
深圳市英威騰電氣股份有限公司 技術支持部
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動帶式輸送機上的應用。主從功率均衡模式是英威騰CHV190系列變頻器獨特的控制功能，能使拖動同一設備的多臺電機輸出功率相同，并且不采用多臺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題。控制性能優良，運行穩定、可靠。
關鍵詞：CHV190中壓變頻器 雙滾筒分別驅動帶式輸送機 主從功率均衡模式
一、引言
帶式輸送機又稱膠帶輸送機，俗稱“皮帶機”。它作為一種連續動作式輸送設備廣泛應用于冶金、電力、化工等行業，在煤炭行業應用更為廣泛。英威騰CHV190中壓變頻器已經成功的應用在了雙滾筒分別驅動帶式輸送機上，兩臺變頻器采用主從功率均衡控制模式，主機和從機之間通過485通信或CAN通信進行信號傳輸，分配兩電機之間的負荷使其達到均勻平衡。本文將具體介紹兩臺英威騰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上的應用。
二、雙滾筒分別驅動帶式輸送機電氣傳動要求
2.1 雙滾筒分別驅動帶式輸送機的組成
下圖為帶式輸送機簡圖如圖1：
圖1 帶式輸送機示意圖
通用帶式輸送機由輸送帶、托輥、滾筒及驅動、制動、張緊、改向、裝載、卸載、清掃等裝置組成。輸送帶繞經傳動滾筒和機尾換向滾筒形成一個無極的環形帶。
雙滾筒驅動帶式輸送機有兩種形式，一種是雙滾筒共同驅動，另一種是雙滾筒分別驅動。雙滾筒共同驅動其實質和單滾筒驅動一樣，兩個滾筒由1:1的齒輪連接。雙滾筒分別驅動其原理類似于兩個單滾筒驅動，兩個滾筒由2臺電機拖動。雙滾筒分別驅動帶式輸送機的原理示意圖如下：
圖2 分別驅動帶式輸送機示意圖
2.1 雙滾筒分別驅動帶式輸送機電氣傳動要求
· 眾所周知，皮帶是一個彈性體，在靜止或運行時皮帶內貯藏了大量的能量，在皮帶機起動過程中，如果不加設軟起動裝置，皮帶內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，過大的張力波極易引起皮帶被撕斷。因此，《煤礦安全規程》規定，帶式輸送機必須進行軟啟動。
· 帶式輸送機裝料起動時，負載轉矩很大，要求電機驅動裝置輸出起動轉矩也足夠大，才能保證能使帶式輸送機順利起動。
· 雙滾筒分別驅動帶式輸送機需要由兩臺電機驅動，需要保證這兩臺電機輸出功率相同，即功率均衡，避免電機之間輸出功率不同，使出力大的電機出現過載或過流故障。
· 如果帶式輸送機用于向下運輸，則需要考慮制動問題。
· 如果帶式輸送機使用的環境是在煤礦井下，則需要考慮使用防爆型的驅動裝置。
三、英威騰CHV190中壓變頻器在雙滾筒分別驅動帶式輸送機上的應用
3.1 主從功率均衡模式在雙滾筒分別驅動帶式輸送機上的應用
英威騰CHV190中壓變頻器已經成功運用于山西某煤礦兩臺電機驅動的帶式輸送機上，兩臺電機各驅動一個滾筒。驅動兩臺電機的兩臺CHV190變頻器之間采用主從功率均衡模式，一臺變頻器為主機，另一臺變頻器為從機。要求兩臺電機輸出功率基本相同。
具體情況如下：
1) 帶式輸送機電機參數
|
項目 |
參數 |
備注 |
|
電機額定功率 |
132kW |
2臺 |
|
電機額定電壓 |
690V |
|
|
電機額定電流 |
|
單臺電機 |
2) 根據以上帶式輸送機的要求，具體變頻器配置如下：
|
項目 |
參數 |
備注 |
|
變頻器型號 |
CHV190 |
2臺，礦用隔爆型 |
|
變頻器額定功率/電壓/電流 |
200kW/690V/ |
|
隔爆型CHV190-200G-6外形圖如下圖3：
圖3 隔爆型變頻器
1) CHV190變頻器電機參數調試：
在帶式輸送機電機與負載脫開的情況下，單臺變頻器帶電機運行，設置好電機參數后，首先在V/F模式下運行。選擇幾個頻率點（如：5Hz，10Hz，15Hz，25Hz，35Hz，50Hz）分別運行，觀察電流是否正常。可以使用上位機軟件觀察電流曲線。如果有振蕩則修改P2.19，一般取值在0、1、2這三個數間選擇。待電流不振蕩時再進行電機參數自學習操作，如果不能旋轉自學習就采用靜態學習，電機參數自學習結束后，在開環矢量模式下運行電機。調整電機電感、互感和空載電流參數，使電機運行正常，并保證輸出電壓對應頻率線性增長，在額定頻率時需保證輸出額定電壓。
開環速度模式調試結束后，再采用開環轉矩模式，設置P3.12=1，通過給定不同的轉矩值，觀察電機運行情況，同樣調整電機電感、互感和空載電流參數，使電機運行正常。這樣電機參數調試完畢。
2) 主從功率平衡模式調試
主從功率均衡主機模式接線圖如下圖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擴展卡）和CAN通信（I/O擴展卡）。
主從控制是一種分配兩電機或多個電機間的負荷使其達到均勻平衡的控制方式，當一個傳動設備是由兩個或多個電機驅動的時候，同時兩個電機或多個電機軸通過齒輪、鏈條或傳送帶等相互耦合在一起,就需要通過主從控制來分配各個電機間的負荷，以滿足控制精度。外部控制信號可以只與主機連接，主機通過一個串行通訊鏈路（CAN總線或者485總線）來控制從機。也可以主機和從機都連，通訊只傳遞主機轉矩信號。
一般情況下，主機采用速度控制，從機跟隨主機的轉矩或速度給定，應用中分下面三種情況：
· 當主機和從機的電機軸采用柔性連接時，主機采用速度控制，從機應該采用速度控制模式，因為主機與從機之間允許存在微小的速度差異。
· 當主機和從機的電機軸通過齒輪、鏈條等進行剛性連接時，從機應該采用轉矩控制模式，以使傳動單元之間不存在速度差異。
· 在一些應用中，從機既需要速度控制也需要轉矩控制。在這種情況下，可以通過從機的一個數字輸入端來完成速度控制和轉矩控制之間的自由切換。
因為此次應用的主機和從機的電機采用的是“皮帶”連接，屬于柔性連接，所以主機采用速度模式，從機也采用速度模式，具體調試情況如下：
備注：
· 上圖是變頻器驅動柔性負載的應用控制圖，所謂柔性負載就是主從之間通過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，主從機之間允許出現一定的速度偏差。
· 對于這種工況下，主機和從機全部采用速度控制。主機將當前運行頻率傳遞給從機，作為從機的主頻率給定；從機同時接收主機當前輸出轉矩（輸出電流），并與其自身輸出轉矩進行誤差PID計算，作為當前設定頻率的一個調整量，最終達到主從機之間的同步控制和功率平衡。
· 在主從控制模式下，主機的運行信號與從機的故障信號串聯，一旦從機出現故障，則不允許主機運行。
· 從機PID的計算有三種模式可以選擇，具體可以根據不同的應用場合來靈活處理。
· F_m>Pb.24的含義是保證主機首先啟動后，從機才開始進行PID運算，防止由于主機還沒有啟動導致PID運算初始累計。
四、英威騰CHV190中壓變頻器在雙滾筒分別驅動帶式輸送機上的應用效果與客戶評價
此次CHV190中壓變頻器在雙滾筒分別驅動帶式輸送機上的應用，主機傳給從機的信號，采用了轉矩信號和電流信號，兩者都能實現功率均衡效果。從機在采用速度控制模式下，完全能滿足現場帶式輸送機的運行要求，運行穩定。完全到達了帶式輸送機的運行要求和用戶的要求。具體效果分析如下：
· 主機和從機之間的電流相差可以控制在5A左右，功率平衡效果好。
· 對變頻器PID參數依賴較高，如果參數設置不當可能導致電機振蕩輸出，嚴重時（尤其在空載情況下）可能會出現過壓故障。
· 該模式可以適用于變頻器的V/F控制方式。
· 雙滾筒分別驅動帶式輸送機采用變頻器進行主從功率平衡控制，不僅能實現皮帶安全的軟起軟停，平穩運行，分配負載均衡，而且還能滿足帶式輸送機的驗帶功能要求，為用戶節約電能。
運行到25Hz波形：
運行到49Hz波形：
五、結束語
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動帶式輸送機上的成功應用,不僅使雙滾筒分別驅動帶式輸送機的兩臺電機之間的負載均衡問題得到了很好的解決，而且提高了煤炭行業的帶式輸送機設備的自動化水平，加快了煤炭行業的產業裝備的升級。對提高煤炭行業的產能，保證煤炭行業安全生產都起到了非常積極的作用。
參考文獻
[1] 《英威騰變頻器產品手冊》 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明書》 深圳英威騰電氣股份有限公司
[3] 《礦山機械與設備》 中國礦業大學出版社 謝錫純 李曉豁 主編
關于英威騰：
英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領先、受人尊敬的電氣傳動、工業控制、新能源領域的產品與服務供應商，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術企業，目前擁有11家控股子公司，依托于電力電子、自動控制、電機控制、節能環保、物聯網、信息化等關鍵技術的掌握，主要產品涵括高、中、低壓變頻器、電梯智能整體機、伺服系統、PLC、HMI、電機和電主軸、SVG、UPS、光伏逆變器等。英威騰現有員工1600多人，大型生產基地4個，營銷網絡遍布國內及海外60多個國家和地區。