变频一体驱动装置在洗煤厂带式输送机控制中的应用

王士杰

（中煤建筑安装工程集团有限公司第六十九工程处，河北 邯郸 056000）

引言

带式输送机是综采工作面、洗煤厂广泛应用的运输设备，该设备具有运输距离厂、运输速度大、运输量大的优势。多年以来，针对带式输送机的研究主要集中在其自动化控制、节能技术以及软启动等方面。根据实际工况，对于带式输送机的节能的主要技术途径主要通过带式输送机的实时运量对其运行速度进行实时控制，解决带式输送机恒速运行时运行速度与运量不匹配所导致功率消耗的问题[1]。变频一体驱动核装置为变频器与电机整合的设备，该装置具有体积小、可靠性高、维护方便以及抗干扰性强的优势。本文将重点研究变频一体驱动装置在洗煤厂带式输送机中的应用。

1 变频一体驱动装置概述

对于洗煤厂带式输送机而言，其与煤矿综采工作面的带式输送机相类似，在实际运输中也面临着启动时容易对设备造成冲击、功率消耗较大等类似的问题。因此，实现洗煤厂带式输送机的软启动功能和节能变频调速运行也是非常有必要的。近年来，变频驱动技术已经被广泛应用于煤矿综采工作面大型设备的控制中。变频一体驱动装置是在变频器的基础上整合了电机，即实现变频器与电机的一体化设计[2]。

1.1 变频一体驱动装置结构分析

从功能层面分析，与传统变频器相比，变频一体驱动装置不仅具备对带式输送机进行变频调速的功能，而且还解决了分体变频器存在的电磁干扰问题。从结构层面分析，变频一体驱动装置电气系统中主要分为变频电气分系统和电机电气分系统，其对应的电气原理如图1 所示。

图1 变频一体驱动装置电气原理图

如图1 所示，变频一体驱动装置的变频部分又可细分为主回路、驱动回路、主控制回路、显示系统等。同时，变频一体装置变频部分所采用的结构形式为交流—直流—交流的拓扑结构。

1.2 变频一体驱动装置优势分析

变频一体驱动装置与传统变频器+电机的驱动方式相比，具有如下优势：

1）基于变频一体驱动装置能够降低洗煤厂针对带式输送机供电的复杂程度；同时，基于变频一体装置是实现设备远距离供电的基础，从而扩大带式输送机在洗煤厂的应用范围。

2）传统变频器+电机驱动方式中，变频器与电机的匹配程度存在一定的差异性；而变频一体驱动装置电机在设计初期综合考虑了PWM 波形对电机的干扰，同时采用VPI 技术可有效避免对系统绝缘层的腐蚀；此外，变频一体装置设计时将电磁兼容和电磁干扰的一体化设计思路应用其中，解决了传统变频器+电机驱动方式对外界所造成的电磁干扰的影响。

3）目前，对于长距离、大运量以及高运速的带式输送机而言，常采用不止一个电机对设备进行驱动，若控制不合理势必会产生电机功率不平衡的问题。但是，变频一体驱动装载由于其自身采用转矩控制模式的原因，特别适用于大负载波动的带式输送机的多电机控制。

2 变频一体驱动装置的设计分析

本洗煤厂采用德国Breuer 公司所研发和生产的变频一体驱动对带式输送机进行控制。该变频一体驱动装置的供电电压为1 140 V，该装置所配置电机的功率为1 000 kW。本节将重点对变频一体驱动装置在洗煤厂应用中设计到的内容进行设计，包括控制系统的设计、配电系统的设计以及其他一些关键问题的解决方案。

2.1 变频一体驱动装置控制系统的设计

针对变频一体驱动装置控制系统涉及到关键内容包括对功率平衡、硬件、软件等进行设计。对于变频一体驱动装置控制系统的功率平衡控制而言，主要实现途径为通过主电机对各个电机进行控制。变频一体化驱动装置采用Rockwell 集成化网络为基础完成信息层、设备层和控制层的设计；变频一体驱动装置采用Logix550 编程软件对控制程序进行设计；此外，将变频一体驱动装置对带式输送机的启动、停止以及变频调速功能与带式输送机的常规保护功能相结合。

2.2 变频一体驱动装置配电系统的设计

配电系统作为变频一体驱动装置的动力源泉，在设计时需重点综合考虑下列因素：

1）根据《电力设计的规范》的相关标准要求，为变频一体驱动装置配套双电源供电的模式；

2）根据《安全规程》的相关标准要求，要求配电系统涉及到的配电设备满足洗煤厂环境的要求；

3）鉴于本文所选Breuer 公司的变频一体驱动装置中变频器分系统为12 脉冲的整流，为变频一体驱动配置双回相位差30°的电源[3]。

综合考虑上述因素，针对变频一体驱动装置设计如图2 所示的配电系统。

图2 变频一体驱动装置配电系统结构图

3 变频一体驱动装置应用的技术难点

鉴于变频一体驱动装置与传统变频器+电机驱动方式的区别，变频一体驱动装置应用时需重点考虑变压器耐压、变频器水冷系统以及通讯接口等方面的问题。

3.1 变压器耐压问题的解决

鉴于变频一体驱动装置理论电压为1 140 V，而在实际供电中电压值可能超过1 200 V 超过其允许电压值。因此，对变频一体驱动装置在其本体结构上增设了IGBT 管，增加变压器的耐压等级。

3.2 变频器水冷问题的解决

鉴于Breuer 公司的变频一体驱动装置其所配置的冷却系统对水质的要求较高，而我国的水质无法适用于其冷却系统。为此针对性地设计了适合我国水质的循环水冷却系统，具体循环水冷却系统的原理如图3 所示。

图3 变频一体驱动装置循环水冷却系统原理图

3.3 通讯接口问题的解决

鉴于Breuer 公司的变频一体驱动装置所采用通讯接口的类型为TTY，该种通讯接口无法与PLC 控制器进行数据通信，从而无法实现带式输送机控制系统功能的实现。为解决上述问题，将变频一体驱动装置的所有参数及数据通过ControlLogix 传送至洗煤厂的调度网络，对数据进行综合分析后提出控制策略[4]。

4 结语

带式输送机作为洗煤厂的主要运输设备，其运输效率和可靠性在很大程度上决定于控制系统。带式输送机传统变频调速控制主要采用变频器+电机的驱动方式控制，本文将变频一体驱动装置应用于洗煤厂带式输送机的控制中。经实践表明，变频一体驱动装置具有故障率低、便于布置和控制、劳动强度低等优势。同时，变频一体驱动装置鉴于其本身的优势，在实际运行中保证了多电机驱动下的功率平衡。