礦用皮帶機(jī)雙變頻器聯(lián)動運行方案中的解決

引言
斜井強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)是煤礦輸送的重要工具，在煤炭生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位。作為高壓變頻系統(tǒng)在輸送機(jī)的動力系統(tǒng)，如何使兩臺電機(jī)帶動的皮帶機(jī)協(xié)調(diào)安全運行是重中之重。新疆建設(shè)兵團(tuán)塔什店煤礦強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)高壓變頻電控系統(tǒng)中（見下圖的主回路），由兩臺高壓變頻器帶動皮帶提升機(jī)。以下是在調(diào)試時，雙機(jī)聯(lián)動運行所遇到問題及解決方案。

啟動運行時，雖然電控系統(tǒng)給定的兩臺變頻器的速度一致，但在實際運行過程中，總是存在兩臺電機(jī)運行的速度不一致，使其中一臺機(jī)械速度高的電機(jī)因過負(fù)荷而變頻器過電流跳閘，負(fù)荷過輕（因運行速度低）的一臺變頻器過電壓而跳閘保護(hù)。

以下為電氣一次圖及皮帶提升機(jī)械簡圖

塔什店煤礦強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)電氣及機(jī)械參數(shù)如下

膠帶機(jī)運輸機(jī)

滾筒直徑：2m

輸送傾角：20°30″

最大長度：1310m

帶速：2. 5m/s

主電機(jī)型號：YB450-4

總功率：2X400kW

額定電壓/電流：10000V/28.6A

額定轉(zhuǎn)速：1485r/min

減速機(jī)型號：ZSY (a)560(t)-45-Ⅱ

速比：62



高壓真空開關(guān)柜

型號：KGS1-02DS

皮帶主控臺

型號：JPDK-ZN-ZKP

高壓變頻器

型號：HIVERT-Y10/036

額定電壓/電流：10000V/36A

輸出頻率：0-50Hz


現(xiàn)場雙機(jī)拖動皮帶的示意圖

變頻器產(chǎn)生過電壓的原因

1、主要是來自負(fù)載側(cè)的過電壓

當(dāng)兩臺電機(jī)拖動皮帶機(jī)并行運行時,如果其中一臺電機(jī)運行的速度超前于另一臺電機(jī)的速度，會使第二臺電動機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)。即電機(jī)處于機(jī)械轉(zhuǎn)速比變頻輸出頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高的狀態(tài)時，負(fù)載的傳動系統(tǒng)中所儲存的機(jī)械能經(jīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過2個逆變器的續(xù)流二極管回饋到變頻器功率單元的中間直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態(tài)，同時高壓變頻器串聯(lián)疊波方式的特點，電壓升高會集中在中性點上，單元A1；B1；C1的直流母排上；如果變頻器中直流均壓電阻不足以抵消這些能量，這些能量將會導(dǎo)致中性點上的直流回路的電壓上升，達(dá)到限值即會保護(hù)跳閘。

過電壓保護(hù)是變頻器直流母排上直流電壓達(dá)到危險程度后采取的保護(hù)措施，變頻器過電壓的危害,對直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴(yán)重時會引起電容器爆裂。因而在高壓變頻器中一般將功率單元的直流回路過電壓值（L+，L-）限定在AC1150V左右，一旦其電壓超過限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護(hù)。

2、來自進(jìn)線電源輸入側(cè)的過電壓
正常電網(wǎng)輸入的電源電壓為10kV，允許誤差為-5%～+10%，輸入主隔離變壓器后，付繞組每個繞組電壓為640V，三相橋式全波整流后直流的峰值為820V，個別情況下電源線電壓達(dá)到705V，其峰值電壓也只有996V，并不算很高，一般進(jìn)線電源電壓（+15%）不會使變頻器因過電壓跳閘。電源輸入側(cè)的過電壓主要是指電源側(cè)的沖擊過電壓，和雷電引起的操作過電壓等，主要特點是電壓變化率dv/dt和幅值都很大。

變頻器過電壓故障分析及處理對策
當(dāng)變頻器啟動頻率加速時間設(shè)定不合適，在啟動的瞬間，兩臺變頻器不是運行在相同頻率（變頻器在加速過程中，皮帶機(jī)上兩個電機(jī)拖動同一個負(fù)載，由于沒有負(fù)荷分配，如其中一臺出現(xiàn)啟動瞬時電流非常大，輸出電流達(dá)到變頻器限電流超過了設(shè)定的上限值，此時變頻器的輸出頻率將不再上升，暫緩加速，待輸出電流下降到設(shè)定限流值以下后再繼續(xù)加速。），以至于其中的一臺變頻器的運行頻率高于另一臺頻率，在較嚴(yán)重時兩臺電機(jī)頻率可以相差0.2Hz,此時足以使一臺變頻器過電流或另一臺變頻器過壓。



首先解決雙電機(jī)機(jī)械速度一致的問題

這種情況在調(diào)試過程中，解決是兩臺電機(jī)的過壓問題，要使兩臺變頻器同時輸出，在他們之間內(nèi)部增加控制單元，解決同頻同速的問題。其控制原理是：分別檢測兩臺電機(jī)的輸出電流及兩臺變頻器的過電壓，在同時啟動的過程中，通過放大過負(fù)荷能力，同時盡可能使負(fù)荷分配一致，這樣他們的運行頻率（速度）一致。這樣避免或減少其中一臺電機(jī)多余能量向中間直流回路饋送，使其過電壓的程度限定在允許的限值之內(nèi)。



其次降低工頻電源電壓

目前變頻器電源側(cè)一般采用不可控整流橋，電源電壓高，中間直流回路電壓也高，電源電壓為690V時，直流回路電壓分別為910V。塔什溝礦變頻器距離變壓器很近，變頻器輸入電壓高，對變頻器中間直流回路承受過電壓能力影響很大，在這種情況下，可以將變壓器的分接開關(guān)放置在高壓檔（10.5kV），通過適當(dāng)降低電源電壓的方式，達(dá)到相對提高變頻器過電壓能力的目的。



結(jié)束語

在二象限電壓型高壓變頻器系統(tǒng)中，由于能量的不可逆特點，直流過電壓是她的一個弱點，尤其是在礦井皮帶機(jī)雙電機(jī)拖動系統(tǒng)中。關(guān)鍵是要分清原因，結(jié)合變頻器本身參數(shù)、控制系統(tǒng)狀況和工藝流程等情況，才能制定相應(yīng)的對策。