CM3000高壓三電平產(chǎn)品在煤礦刮板輸送機(jī)上的應(yīng)用
瀏覽： 發(fā)布日期：2017-11-28
CM3000高壓三電平產(chǎn)品在煤礦刮板輸送機(jī)上的應(yīng)用
一、概述
煤礦工業(yè)作為產(chǎn)能大戶，隨著行業(yè)的系統(tǒng)化和規(guī)?；?，近幾年已經(jīng)成為國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)之一。但由于設(shè)備陳舊，自動(dòng)化程度低，我國(guó)煤礦開(kāi)采僅在2005年即耗能5086.81×10△t標(biāo)準(zhǔn)煤耗電376.04×108kW?h，分別占全國(guó)總耗能量和總耗電量的3.86%和3.49%。所以，煤炭工業(yè)既是產(chǎn)能大戶，又是耗能大戶，同時(shí)也是節(jié)能潛力大戶。目前我國(guó)煤礦行業(yè)存在電機(jī)啟動(dòng)困難、機(jī)械損傷嚴(yán)重以及自動(dòng)化程度低等問(wèn)題都迫切需要利用變頻技術(shù)進(jìn)行節(jié)能降耗改造。據(jù)統(tǒng)計(jì)，按節(jié)電率30%計(jì)，采用變頻調(diào)速技術(shù)年節(jié)電潛力至少為10×108～15×108kW?h。所以，利用變頻技術(shù)對(duì)現(xiàn)有電機(jī)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造，是解決我國(guó)煤炭工業(yè)高消耗、低效益的主要措施。
2.1 刮板輸送機(jī)
利用固接在牽引鏈上的刮板在敞開(kāi)的料槽中刮運(yùn)散狀物料的輸送機(jī)。它由敞開(kāi)料槽、牽引鏈、刮板、頭部驅(qū)動(dòng)鏈輪和尾部張緊鏈輪等組成。
圖1：刮板機(jī)實(shí)物圖
2.2 刮板輸送機(jī)的分類
刮板輸送機(jī)適用于煤層傾角不超過(guò)25度的采煤工作面，但對(duì)于兼作采煤機(jī)軌道與機(jī)組配合工作的刮板輸送機(jī)，適用的煤層角度一般不超過(guò)10度。煤層傾角大時(shí)，要采用防滑措施。此外，在采煤工作面下順槽和聯(lián)絡(luò)眼都可以使用刮板輸送機(jī)運(yùn)送煤炭。目前，采煤工作面多使用可彎曲刮板輸送機(jī)，以適應(yīng)自動(dòng)化、綜合機(jī)械化采煤的需要，與相應(yīng)的采煤機(jī)、金屬支架或自移式液壓支架配套使用。
刮板輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率從7.5kW～2000kW輸送能力從30t/h～6000t/h之間，常用的分類方式有以下幾種：
（1）按牽引的條數(shù)和布置方式，可分為單中鏈、邊雙聯(lián)和中雙鏈及三鏈型刮板輸送機(jī)。
（2）按溜槽的布置方式，可分為重疊式和并列式溜槽刮板輸送機(jī)。
（3）按溜槽的結(jié)構(gòu)，可分為開(kāi)底式和封底式溜槽刮板輸送機(jī)。
（4）按卸載方式，可分為端卸式和側(cè)卸式刮板輸送機(jī)。
（5）按功率大小，可分為輕型（單電動(dòng)機(jī)額定功率輕型(P≤40kW)、中型(40kW＜P ≤90kW)、重型(P＞90kW) 。
2.3 刮板輸送機(jī)的組成
刮板輸送機(jī)是一種有撓性牽引機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械。溜槽是煤炭的承載機(jī)構(gòu)，其牽引推運(yùn)機(jī)構(gòu)是繞過(guò)機(jī)頭鏈輪和機(jī)尾鏈輪（或滾筒）而進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動(dòng)的無(wú)極閉合的刮板鏈。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)液力聯(lián)軸器、減速器傳動(dòng)鏈輪而驅(qū)動(dòng)刮板鏈連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將裝在溜槽中的煤炭推運(yùn)到機(jī)頭處卸載轉(zhuǎn)運(yùn)。各種類型的刮板輸送機(jī)的組成部件的型式和布置方式不完全相同，但主要結(jié)構(gòu)和基本組成部件是相同的。刮板輸送機(jī)一般是由機(jī)頭部；機(jī)身部和機(jī)尾部三部分組成。
刮板輸送機(jī)的組成部件：
1）機(jī)頭部：由機(jī)頭架和安裝其上的鏈輪組件、聯(lián)軸器、減速箱和電動(dòng)機(jī)組成。
2）機(jī)尾部：機(jī)尾架、鏈輪組件、聯(lián)軸器、減速箱、電動(dòng)機(jī)。
3）機(jī)身部：中部槽、刮板鏈、鏟煤板、擋煤板。
3.1 項(xiàng)目信息
陜西某國(guó)營(yíng)大型煤礦現(xiàn)場(chǎng)，刮板輸送機(jī)的功率為1250kW，全天24小時(shí)不間歇運(yùn)行。每臺(tái)刮板輸送機(jī)用兩臺(tái)同等功率、同等電壓的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這兩臺(tái)電機(jī)電壓均為3.3kV，單臺(tái)功率覆蓋范圍是160kW～1250kW；生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)要求同步啟動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)，啟動(dòng)時(shí)間要求1～2分鐘。
現(xiàn)需要兩臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載刮板輸送機(jī)。
3.2改造方案
圖2：改造一次圖
1）主回路：采用一拖一方案。此方案中，兩臺(tái)CM3000高壓三電平變頻分別驅(qū)動(dòng)刮板機(jī)機(jī)頭部和機(jī)尾部的電機(jī)。
2）控制回路：遠(yuǎn)程監(jiān)控方案，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控兩臺(tái)CM3000高壓三電平變頻的運(yùn)行情況；可以同時(shí)進(jìn)行速度控制，啟停控制以及參數(shù)修改等。
3）主從控制：是由完全獨(dú)立的兩臺(tái)變頻器通過(guò)主、從機(jī)的同步CAN總線通訊方式保證雙電機(jī)的轉(zhuǎn)速一致，功率平衡。兩臺(tái)電機(jī)中任意一臺(tái)都可作為主機(jī)，另一臺(tái)為從機(jī)。變頻器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩都能獨(dú)立控制，主從變頻器通訊采用CAN總線通訊，抗干擾能力強(qiáng)，通訊速率高。變頻器采用主從控制方案，主機(jī)采用轉(zhuǎn)速控制，從機(jī)采用轉(zhuǎn)矩控制。主機(jī)通過(guò)CAN通訊實(shí)時(shí)采集從機(jī)電流信號(hào)、電壓信號(hào)、頻率信號(hào)，實(shí)時(shí)調(diào)整給從機(jī)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，使主機(jī)和從機(jī)的功率達(dá)到完美的平衡。
4）水冷方案：去離子水通過(guò)水-水熱交換方式與外部冷去水實(shí)現(xiàn)熱交換，外部冷卻水通過(guò)水泵驅(qū)動(dòng)經(jīng)水-風(fēng)換熱器或冷卻塔實(shí)現(xiàn)熱交換，最終將CM3000高壓三電平變頻殼體內(nèi)部熱量傳遞到外部環(huán)境中。內(nèi)部去離子冷卻水設(shè)有溫度、壓力、離子濃度與去離子水量保護(hù)功能。外部冷卻水設(shè)有溫度、壓力與液位保護(hù)功能。
圖3：水冷系統(tǒng)外圍設(shè)備圖
3.3運(yùn)行性能
（1）CAN通訊
主機(jī)的CAN2+、CAN2-對(duì)應(yīng)連接從機(jī)的CAN2+、CAN2-。下圖為CM3000高壓三電平變頻運(yùn)行時(shí)CAN通訊的波形。
圖4：CAN通訊實(shí)時(shí)波形圖
（2）實(shí)際的電流波形
測(cè)試相關(guān)波形的條件是主機(jī)用電流鉗，從機(jī)用普通探頭測(cè)的主板的IU測(cè)試點(diǎn)。剛開(kāi)始調(diào)試時(shí)波形，其中CH1黃色—主機(jī)電流，CH2綠色—從機(jī)磁鏈反饋，CH3紫色—從機(jī)辨識(shí)速度，CH4紅色—主機(jī)電流；
a）CM3000高壓三電平變頻啟動(dòng)波形。
圖5：實(shí)時(shí)電流圖
b）CM3000高壓三電平變頻停機(jī)時(shí)的波形。
圖6：停機(jī)時(shí)波形圖
3．CM3000高壓三電平變頻帶載時(shí)運(yùn)行波形。
4.1 磁鏈閉環(huán)矢量控制技術(shù)
圖8：磁鏈閉環(huán)
圖9：三電平拓?fù)鋱D
圖10：中點(diǎn)控制比較
圖11： 電流波形圖
刮板輸送機(jī)是一種重要的礦山運(yùn)輸機(jī)械。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性高、節(jié)能高效、輸送距離長(zhǎng)、密封性能好且維修方便，在冶金、建材、化工、火電、礦山等行業(yè)里廣泛使用。
二、刮板輸送機(jī)介紹
2.1 刮板輸送機(jī)
利用固接在牽引鏈上的刮板在敞開(kāi)的料槽中刮運(yùn)散狀物料的輸送機(jī)。它由敞開(kāi)料槽、牽引鏈、刮板、頭部驅(qū)動(dòng)鏈輪和尾部張緊鏈輪等組成。
圖1：刮板機(jī)實(shí)物圖
2.2 刮板輸送機(jī)的分類
刮板輸送機(jī)適用于煤層傾角不超過(guò)25度的采煤工作面，但對(duì)于兼作采煤機(jī)軌道與機(jī)組配合工作的刮板輸送機(jī)，適用的煤層角度一般不超過(guò)10度。煤層傾角大時(shí)，要采用防滑措施。此外，在采煤工作面下順槽和聯(lián)絡(luò)眼都可以使用刮板輸送機(jī)運(yùn)送煤炭。目前，采煤工作面多使用可彎曲刮板輸送機(jī)，以適應(yīng)自動(dòng)化、綜合機(jī)械化采煤的需要，與相應(yīng)的采煤機(jī)、金屬支架或自移式液壓支架配套使用。
刮板輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率從7.5kW～2000kW輸送能力從30t/h～6000t/h之間，常用的分類方式有以下幾種：
（1）按牽引的條數(shù)和布置方式，可分為單中鏈、邊雙聯(lián)和中雙鏈及三鏈型刮板輸送機(jī)。
（2）按溜槽的布置方式，可分為重疊式和并列式溜槽刮板輸送機(jī)。
（3）按溜槽的結(jié)構(gòu)，可分為開(kāi)底式和封底式溜槽刮板輸送機(jī)。
（4）按卸載方式，可分為端卸式和側(cè)卸式刮板輸送機(jī)。
（5）按功率大小，可分為輕型（單電動(dòng)機(jī)額定功率輕型(P≤40kW)、中型(40kW＜P ≤90kW)、重型(P＞90kW) 。
2.3 刮板輸送機(jī)的組成
刮板輸送機(jī)是一種有撓性牽引機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械。溜槽是煤炭的承載機(jī)構(gòu)，其牽引推運(yùn)機(jī)構(gòu)是繞過(guò)機(jī)頭鏈輪和機(jī)尾鏈輪（或滾筒）而進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動(dòng)的無(wú)極閉合的刮板鏈。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)液力聯(lián)軸器、減速器傳動(dòng)鏈輪而驅(qū)動(dòng)刮板鏈連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將裝在溜槽中的煤炭推運(yùn)到機(jī)頭處卸載轉(zhuǎn)運(yùn)。各種類型的刮板輸送機(jī)的組成部件的型式和布置方式不完全相同，但主要結(jié)構(gòu)和基本組成部件是相同的。刮板輸送機(jī)一般是由機(jī)頭部；機(jī)身部和機(jī)尾部三部分組成。
刮板輸送機(jī)的組成部件：
1）機(jī)頭部：由機(jī)頭架和安裝其上的鏈輪組件、聯(lián)軸器、減速箱和電動(dòng)機(jī)組成。
2）機(jī)尾部：機(jī)尾架、鏈輪組件、聯(lián)軸器、減速箱、電動(dòng)機(jī)。
3）機(jī)身部：中部槽、刮板鏈、鏟煤板、擋煤板。
4）輔助裝置：主要包括緊鏈裝置、推移裝置、和錨固定裝置。
三、變頻改造
3.1 項(xiàng)目信息
陜西某國(guó)營(yíng)大型煤礦現(xiàn)場(chǎng)，刮板輸送機(jī)的功率為1250kW，全天24小時(shí)不間歇運(yùn)行。每臺(tái)刮板輸送機(jī)用兩臺(tái)同等功率、同等電壓的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這兩臺(tái)電機(jī)電壓均為3.3kV，單臺(tái)功率覆蓋范圍是160kW～1250kW；生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)要求同步啟動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)，啟動(dòng)時(shí)間要求1～2分鐘。
現(xiàn)需要兩臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載刮板輸送機(jī)。
3.2改造方案
圖2：改造一次圖
1）主回路：采用一拖一方案。此方案中，兩臺(tái)CM3000高壓三電平變頻分別驅(qū)動(dòng)刮板機(jī)機(jī)頭部和機(jī)尾部的電機(jī)。
2）控制回路：遠(yuǎn)程監(jiān)控方案，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控兩臺(tái)CM3000高壓三電平變頻的運(yùn)行情況；可以同時(shí)進(jìn)行速度控制，啟停控制以及參數(shù)修改等。
3）主從控制：是由完全獨(dú)立的兩臺(tái)變頻器通過(guò)主、從機(jī)的同步CAN總線通訊方式保證雙電機(jī)的轉(zhuǎn)速一致，功率平衡。兩臺(tái)電機(jī)中任意一臺(tái)都可作為主機(jī)，另一臺(tái)為從機(jī)。變頻器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩都能獨(dú)立控制，主從變頻器通訊采用CAN總線通訊，抗干擾能力強(qiáng)，通訊速率高。變頻器采用主從控制方案，主機(jī)采用轉(zhuǎn)速控制，從機(jī)采用轉(zhuǎn)矩控制。主機(jī)通過(guò)CAN通訊實(shí)時(shí)采集從機(jī)電流信號(hào)、電壓信號(hào)、頻率信號(hào)，實(shí)時(shí)調(diào)整給從機(jī)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，使主機(jī)和從機(jī)的功率達(dá)到完美的平衡。
4）水冷方案：去離子水通過(guò)水-水熱交換方式與外部冷去水實(shí)現(xiàn)熱交換，外部冷卻水通過(guò)水泵驅(qū)動(dòng)經(jīng)水-風(fēng)換熱器或冷卻塔實(shí)現(xiàn)熱交換，最終將CM3000高壓三電平變頻殼體內(nèi)部熱量傳遞到外部環(huán)境中。內(nèi)部去離子冷卻水設(shè)有溫度、壓力、離子濃度與去離子水量保護(hù)功能。外部冷卻水設(shè)有溫度、壓力與液位保護(hù)功能。
圖3：水冷系統(tǒng)外圍設(shè)備圖
3.3運(yùn)行性能
（1）CAN通訊
主機(jī)的CAN2+、CAN2-對(duì)應(yīng)連接從機(jī)的CAN2+、CAN2-。下圖為CM3000高壓三電平變頻運(yùn)行時(shí)CAN通訊的波形。
圖4：CAN通訊實(shí)時(shí)波形圖
（2）實(shí)際的電流波形
測(cè)試相關(guān)波形的條件是主機(jī)用電流鉗，從機(jī)用普通探頭測(cè)的主板的IU測(cè)試點(diǎn)。剛開(kāi)始調(diào)試時(shí)波形，其中CH1黃色—主機(jī)電流，CH2綠色—從機(jī)磁鏈反饋，CH3紫色—從機(jī)辨識(shí)速度，CH4紅色—主機(jī)電流；
a）CM3000高壓三電平變頻啟動(dòng)波形。
圖5：實(shí)時(shí)電流圖
b）CM3000高壓三電平變頻停機(jī)時(shí)的波形。
圖6：停機(jī)時(shí)波形圖
3．CM3000高壓三電平變頻帶載時(shí)運(yùn)行波形。
圖7：運(yùn)行波形圖
四、CM3000高壓三電平變頻的優(yōu)勢(shì)
4.1 磁鏈閉環(huán)矢量控制技術(shù)
圖8：磁鏈閉環(huán)
- 原理及特點(diǎn)：基于電機(jī)d - q軸系數(shù)學(xué)方程，對(duì)電機(jī)的磁鏈、電流進(jìn)行解耦控制，具有磁鏈、電壓閉環(huán)特點(diǎn)。
- 優(yōu)勢(shì)：控制精度高，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，低頻特性好。
- 效果：刮板機(jī)低速運(yùn)行平穩(wěn)，抱閘磨損小，沖擊小。
圖9：三電平拓?fù)鋱D
- 原理：利用二極管中性點(diǎn)箝位的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得每相輸出具有三個(gè)電平。
- 優(yōu)勢(shì)：輸出波形效果好，功率密度高，體積小。
- 效果：產(chǎn)品緊湊，諧波小，對(duì)外圍設(shè)備無(wú)干擾。
圖10：中點(diǎn)控制比較
- 原理：通過(guò)檢測(cè)直流母線及中點(diǎn)的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，保證中點(diǎn)電位平衡。
- 優(yōu)勢(shì)：控制精度好，響應(yīng)速度快。
- 效果：將中點(diǎn)電位波動(dòng)控制在一定范圍內(nèi)。
圖11： 電流波形圖
- 技術(shù)特點(diǎn)：采用主從+下垂電機(jī)同步控制技術(shù)，確保多臺(tái)電機(jī)負(fù)荷均衡分配。 NICE3000電梯一體化控制系統(tǒng)