摘要：

　　本文介紹了利德華福公司的HARSVERT-VA系列高壓變頻器在澳大利亞力拓集團(tuán)下屬M(fèi)esa-A露天鐵礦的鐵礦石輸送帶的應(yīng)用。該皮帶傳動系統(tǒng)主要由2條皮帶組成，101皮帶采用單電機(jī)驅(qū)動，102皮帶采用雙電機(jī)驅(qū)動，每臺電機(jī)由1臺變頻器驅(qū)動，102皮帶使用一臺HARTBC-2轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制柜對兩臺變頻器進(jìn)行協(xié)調(diào)，使兩臺電機(jī)出力實(shí)時平衡?，F(xiàn)場運(yùn)行表明，該系統(tǒng)啟動平穩(wěn)，轉(zhuǎn)矩平衡性高。

　　一. 引言

　　在大功率皮帶傳動場合，以往為了實(shí)現(xiàn)皮帶的軟啟動，需要使用液力耦合器或者液力軟啟動器(CST)，這類液力傳動設(shè)備維護(hù)工作量大、能耗高、啟動同步困難，已越來越不能滿足用戶的要求。隨著高壓變頻技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，其應(yīng)用范圍越來越廣泛。本文主要結(jié)合北京利德華福公司的HARSVERT-VA系列高壓變頻器在澳大利亞力拓集團(tuán)下屬M(fèi)esa-A露天鐵礦的鐵礦石輸送帶上的實(shí)際應(yīng)用情況，對高壓變頻器在皮帶傳動場合的應(yīng)用特點(diǎn)及轉(zhuǎn)矩平衡控制方法進(jìn)行簡要介紹。

　　二. 應(yīng)用現(xiàn)場工藝介紹

　　1. 應(yīng)用現(xiàn)場基本情況

　　力拓集團(tuán)(Rio Tinto Iron Ore)下屬M(fèi)esa-A露天鐵礦地處澳大利亞西北部皮巴拉(Pilbara)地區(qū)，位于潘納旺尼卡(Pannawonica)以西50km處，其設(shè)計(jì)產(chǎn)能為年產(chǎn)2500萬噸鐵礦石，設(shè)計(jì)生產(chǎn)期11年，已于2010年4月正式投產(chǎn)。

　　該鐵礦的主要輸送系統(tǒng)由2條鐵礦石輸送帶組成。如圖所示，101皮帶主要負(fù)責(zé)將一級破碎機(jī)的出料運(yùn)送至第2級破碎機(jī)的入口，102皮帶負(fù)責(zé)將二級破碎機(jī)的出料運(yùn)送至列車裝載臺，破碎系統(tǒng)和皮帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最大產(chǎn)能為每小時5000噸，列車裝載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最大裝載能力為每小時7200噸。

　　101皮帶輸送距離較短，提升高度較小，采用單電機(jī)驅(qū)動;102皮帶輸送距離較長，提升高度較大，采用雙電機(jī)驅(qū)動。

　　三. 變頻調(diào)速系統(tǒng)介紹

　　1. 高壓變頻器的基本配置情況及特點(diǎn)

　　根據(jù)設(shè)計(jì)，現(xiàn)場需要使用高壓變頻器實(shí)現(xiàn)皮帶系統(tǒng)的軟啟動和調(diào)速運(yùn)行，要求變頻器具有重載啟動、主動轉(zhuǎn)矩均衡控制等功能，并要求變頻器具有高可靠性和滿足澳洲高壓電網(wǎng)要求的較低的諧波、無功水平。

　　現(xiàn)場選用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的3臺HARSVERT-VA系列高壓變頻器和1臺的HARTBC-2轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制柜，對此皮帶傳動系統(tǒng)進(jìn)行控制。

　　該系列高壓變頻器在全球市場已有累積3000余套運(yùn)行業(yè)績，具有以下特點(diǎn)：

　　(1) 采用完美無諧波的單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有較低的電網(wǎng)電流諧波，滿足國外高壓電網(wǎng)對電能質(zhì)量的嚴(yán)酷要求，輸出線電壓為17電平(現(xiàn)場系統(tǒng)為4級單元串聯(lián)，5級以上系統(tǒng)具有更高的電平數(shù)和更低的諧波含量)，無需使用輸出濾波器，無需配用變頻電機(jī);

　　(2) 采用高性能無速度傳感器矢量控制方式，能夠?qū)﹄姍C(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確的解耦控制，能夠有效避免負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動導(dǎo)致的變頻器過流故障，配置轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制柜后能夠?qū)崿F(xiàn)對多電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩實(shí)時均衡控制;

　　(3) 根據(jù)用戶需要，可配置高達(dá)250%的電流及功率過載能力，可驅(qū)動電機(jī)在各種速度下(含低速)輸出同等于電流過載倍數(shù)的過載轉(zhuǎn)矩，可滿足大慣量系統(tǒng)的重載啟動要求;

　　(4) 采用單元旁路技術(shù)，能夠在功率單元故障情況下切除(旁路)該故障單元，將整機(jī)的運(yùn)行可靠性提高2個數(shù)量級以上;

　　(5) 采用柔性預(yù)充電及整流變壓器激磁涌流抑制技術(shù)，能夠避免高壓變頻器上電過程對電網(wǎng)的沖擊;

　　2. 轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制方式

　　對于102皮帶，根據(jù)用戶要求，采用HARTBC-2轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制柜配合高壓變頻器矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行主動式轉(zhuǎn)矩平衡控制，控制系統(tǒng)信號圖如下。

　　協(xié)調(diào)控制柜接收來自用戶的VFD01和VFD02是否投入運(yùn)行的指令，可以靈活控制皮帶系統(tǒng)由某1臺變頻器驅(qū)動或者由2臺變頻器共同驅(qū)動。

　　轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制柜接收來自用戶的給定轉(zhuǎn)速指令和啟動/停機(jī)指令，以及來自變頻器的電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速信號(由變頻器的無速度傳感器矢量控制算法觀測得到)，進(jìn)行閉環(huán)控制，得到的轉(zhuǎn)矩給定值，然后通過4 ~ 20 mA模擬量通道將轉(zhuǎn)矩給定指令發(fā)送至各變頻器。

　　每臺變頻器執(zhí)行來自協(xié)調(diào)控制柜的轉(zhuǎn)矩給定指令，由于變頻器的矢量控制系統(tǒng)能夠在毫秒級的時間內(nèi)完成轉(zhuǎn)矩的輸出調(diào)節(jié)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)每臺電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的實(shí)時平衡。

　　當(dāng)一臺高壓變頻器處于單元旁路狀態(tài)時，如果此時電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速較低，則電機(jī)運(yùn)行不受影響;如果此時電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速較高，則該變頻器自動切換至弱磁運(yùn)行狀態(tài)，仍然執(zhí)行來自協(xié)調(diào)控制柜的轉(zhuǎn)矩給定指令，不影響系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩平衡。

　　變頻器在單元旁路時向協(xié)調(diào)控制柜發(fā)出單元旁路狀態(tài)指示信號，協(xié)調(diào)控制柜收到該信號后主動限制最高轉(zhuǎn)速，將變頻器的輸出電壓(正比于輸出頻率)限制在單元旁路變頻器的最大電壓輸出能力之內(nèi)，以防止單元旁路變頻器對應(yīng)的電機(jī)處于長期弱磁運(yùn)行狀態(tài)。

　　各變頻器以及協(xié)調(diào)控制柜通過MODBUS TCP/IP現(xiàn)場工業(yè)以太網(wǎng)總線向上級控制器輸出各自的運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)。

　　四. 現(xiàn)場投運(yùn)情況

　　經(jīng)過現(xiàn)場安裝、調(diào)試及試運(yùn)行，該皮帶傳送系統(tǒng)已于2010年4月正式投入運(yùn)行。該系統(tǒng)現(xiàn)場運(yùn)行可靠，加減速過程平穩(wěn)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩均衡效果較理想，能夠完成滿載緊急停車狀態(tài)下的重載啟動，得到了用戶的高度認(rèn)可。

　　五. 結(jié)論

　　本文介紹了利德華福公司的HARSVERT-VA系列高壓變頻器在澳大利亞力拓Mesa-A露天鐵礦的鐵礦石輸送帶的應(yīng)用，并著重介紹了HARTBC系列轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制柜控制下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡控制原理。現(xiàn)場應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有較高的運(yùn)行性能和可靠性。

（轉(zhuǎn)載）