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礦用機械
英威騰Goodrive3000 3300V變頻器在礦井刮板機上的應用
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摘  要:刮板機傳輸系統是煤礦井下綜采面的重要設備,廣泛應用于煤礦的日常開采輸送工作。近年來,煤炭行業的快速發展,國家采煤工作面設備裝備功率逐步增加,采煤技術日新月異,綜采工作面中變頻技術廣泛應用于刮板機輸送系統,提升采煤效率;

關鍵詞:GD3000  3300V   刮板機   三電平  功率平衡

一、 引言

開元煤礦隸屬于陽煤集團,年產煤量300萬噸,目前共有3個采煤面,其中9711工作面首次采用3300V自動化綜合采煤系統,日產煤量3200噸左右(約普通1140V采煤面2倍)。開元煤礦綜采工作面走向長度約為5千米,如果刮板機維護不到位,造成刮板機鏈條拉伸,在生產過程中鏈條很容易過負荷拉斷,影響安全生產,在選擇使用成套智能控制系統,采用3300V三電平變頻技術在綜采工作面大功率裝機輸送設備上的使用,很大程度上減少了刮板機運行中的故障,提高了工作面生產設備的有效開機率,確保了安全高效生產。

圖1 陽煤集團開元煤礦

陽煤集團開元煤礦9711工作面刮板機配置兩臺3300V/700kW異步電動機,機頭機尾各一臺,選用深圳市英威騰電氣股份有限公司研發生產的GD3000 3300V系列三電平組合變頻調速系統,產品型號為GD3000-01-3*1250G-33,采用一主一從一備用的功率平衡控制方式,高性能的三電平變頻系統解決了刮板機重載啟動困難,電動機易燒毀、斷鏈斷齒等問題,GD3000 3300V產品可實現大轉矩啟動且啟停平穩,能夠滿足交流電機在任意負荷狀況下啟停車,從根本上解決這一問題,同時增加了設備的使用壽命。

二、 現場設備及運行工況分析

2.1 現場設備參數

刮板機電機技術參數

電機銘牌
額定功率
700kW
額定電壓
3.3kV
額定轉速
1490r/min
額定電流
141A

2.2 現場設備工況


圖2 3300V 3*1250kW防爆變頻器現場圖片

3300V 3*1250kW防爆變頻器如圖2所示,其中前運刮板機(俗稱工作溜)采用兩臺3300V異步電動機主從驅動,為保證輸出功率平衡,一般將從機作為機頭,主機作為機尾。防爆變頻器內三臺3300V/1250kW變頻器,兩臺做主從控制,另外一臺待機做備用,現場三臺變頻器位于同一防爆殼內,放置于某一廢棄巷道內距離工作溜電機約1500m?,F場通風較好,環境溫度大約3~5度,防爆殼內較為干燥,防爆殼外空氣中煤粉含量較多。

2.3 現場存在問題:

在綜采面工作的過程中,采煤機截割的煤量是不均勻的,這會造成刮板運輸過程負載大小的不斷變化,進而也會造成電機功率不平衡,刮板機運行不穩,鏈條被拉斷等問題。采用3300V變頻器主從控制模式可以在運輸過程中根據負載的變頻實時進行輸出調節,保證兩臺電機功率平衡,從而達到重載啟動和平穩運行的效果。

三、 變頻器配置方案

3.1 主從控制方案


圖3自動化綜合采煤系統示意圖

3300V自動化綜合采煤系統示意圖如圖3所示,其中前運刮板機(俗稱工作溜)采用兩臺3300V異步電動機主從驅動,為保證輸出功率平衡,一般將從機作為機頭,主機作為機尾?,F場工作溜電機采用兩臺我司3300V三電平變頻器分別控制機頭和機尾電機,另一臺待機用作備用。

主從之間采用CAN總線通訊方式,當主機變頻器收到本地或遠程的控制信號后,會根據主機的狀態將開停機的命令發送給從機。即從機變頻器啟停受主機控制。當主機執行啟停命令后,會根據預先設置好的頻率加速時間和減速時間進行升頻或降頻。并將主變頻器運行頻率和有功電流作為基準頻率和基準電流發送給從機變頻器。從機收到主機發來的頻率和電流信號后,將自身運行頻率調整到基準頻率,同時比較檢測自身的有功電流 ,若自身的電流小則升頻,大則進行降頻。刮板機是恒轉矩系統,其中一臺變頻器輸出的頻率增加或減小,會導致其輸出的電流增加或減小,電流的增加或減小又影響了所驅動電機轉矩的增加或減小,從而使其他的電動機輸出轉矩減小或增加。功率平衡的最終目標就是通過調整使從機和主機的有功電流一致,從而保證各個驅動電機的輸出轉矩相同、功率相同。

主機還能接收從機的反饋信號,以判斷從機的通訊和運行狀況。若主從機任意一臺發生故障,主從機都能夠停機,停止輸出,及時保護整個系統。

3.2 GD3000 3300V系列三電平變頻器特性

(1)技術新穎


圖4 GD3000 3300V主回路拓撲圖

GD3000 3300V變頻器,整流采用12脈波二極管整流,逆變采用先進的三電平拓撲結構,使用較低耐壓的功率器件,直接應用于更高電壓等級的主回路拓撲技術,可避免器件串聯引起的動態均壓問題,同時降低輸出諧波和du/dt;可用來控制交流異步感應電機和永磁同步電機,可以滿足不同電機的工作模式。產品采用目前國際領先的矢量控制技術,功能更優化,應用更靈活,性能更穩定。

(2)產品特點

* 領先的三電平拓撲結構;

* 全面的控制方式,兼容同步/異步電機驅動控制;

* 優異的驅動性能,多機功率平衡同步運行;

* 卓越的運行控制性能,低頻大轉矩平穩啟動;

* 完善的電機自學習功能;

* 專業定制的疊層母排及模塊化設計,緊湊化設計,有效減小空間體積;

3.3 變頻器選型

結合皮帶機現場實際,我司選型如下:

型號
額定輸入電壓(Vac)
額定輸出功率(KW)
額定輸出電流(A)
GD3000-01-3*1250G-33
2*1905
1250
280

四、 客戶現場具體使用效果

4.1 現場使用效果

開元煤礦綜采面刮板機變頻調速系統于2017年9月20號正式投運成功。

一主一從刮板機驅動系統變頻器運行狀態圖:

圖5 GD3000-01-3*1250G-33現場運行狀態


圖6  變頻器輸出電壓電流波形

4.2 現場照片


圖7 現場刮板輸送機圖片

4.3 客戶收益

應用英威騰GD3000 3300V系列三電平變頻調速系統后,真正實現了刮板機的重載啟停和功率平衡。

* 替代CST、TTT、高低速等設備采用直接對輪聯接,簡化機械系統,提高設備機械效率和可靠性。

* 解決刮板輸送機重載軟啟動,減少機械和電氣沖擊。

* 實現根據鏈條強度設置最大轉矩保護,減少斷鏈的發生。

* 設置轉矩下限保護值,實現斷鏈自動停機保護。

* 實現機頭機尾動態功率平衡。

* 具備低速檢修模式以及正反轉控制模式,便于刮板機的檢修和卡鏈的處理。

* 可采用普通的單速電動機,相比雙速電機可節約動力電纜。

4.4 結束語

綜上所述,GD3000 3300V系列三電平變頻器完全滿足刮板機驅動系統負載控制要求,提高了煤礦開采的自動化程度。同時在國家大力提倡節能減排和自動化生產的環境中,大力推進變頻器在刮板輸送機、膠帶輸送機電控系統上的應用具有積極的社會意義和現實意義。

參考文獻:

[1] 《GD3000變頻器產品說明書》深圳市英威騰電氣股份有限公司

[2] 《變頻技術在工作面刮板輸送機上的應用》呂志清

[3] 《變頻調速技術在煤礦刮板輸送機中的應用》李紀領

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