1 引言
江西銅業(yè)股份有限公司德興銅礦為擴大采選規(guī)模在銅廠的廢石排棄系統(tǒng)采用的破碎-輸送機，采用兩部帶式輸送機。一部為移動式帶式輸送機，另一部為固定式帶式輸送機。廢石破碎后，由板式給料機輸送給固定式皮帶機。再輸送給移動式皮帶機。由移動式皮帶機上的卸料小車至上排機排棄。礦區(qū)廢石排棄系統(tǒng)的排放能力為2000萬噸/年。每小時排棄能力為4500T/H 。
固定式帶式輸送機采用多機驅(qū)動，共 4 臺電機，均采用東芝三菱 TMEIC 的高壓變頻器，解決皮帶機帶料時的重載啟動和負載均衡問題。
2 設備簡述
2.1 皮帶輸送機的設備簡述：
2.2 變頻電機參數(shù)：
額定電壓：6KV
額定電流：182A
額定功率：1600KW
數(shù)量：4 臺
2.3 變頻器設備簡述：
變頻器品牌和型號：東芝三菱-TMdrive-MVGC 高壓變頻器，
額定輸入電壓：6KV，
額定輸出電壓：0-6KV
額定電流：263A，
額定容量：2720KVA，
過載能力：150%-1 分鐘，間隔 10 分鐘。
2.4 帶式輸送機的電機分布圖：
東芝三菱 TMEIC 變頻器的系統(tǒng)結構如下：
3.1 由輸入變壓器，變頻單元及控制系統(tǒng)三部分所組成。主電路拓撲結構采用多電平串聯(lián)技術，每相采用5個單元串聯(lián)，三相共15個單元。
3.2 變壓器采用H級絕緣的移相整流變壓器，可靠性極高。
3.3 變壓器的副邊有15個低壓繞組，這15個繞組分別給三相的15個單元供電。
3.4 變頻器的主電路拓撲結構原理如下圖所示：
3.5 變頻單元的結構完全一致，可以互換。變頻單元實際上是一臺三相輸入、單相輸出 690V
的低壓變頻器，開關器件采用三菱公司生產(chǎn) A 級 IGBT，耐溫等級 150℃，單元的過熱保護為 100℃。耐高溫的能力較強，不易過熱保護。采用長壽命的電容，并特別注意電容的冷卻散熱，使電容的壽命延長。帶有預充電電路，減少了變壓器上高壓電時的激磁涌流，降低了通過整流二極管對電容器的瞬間充電電流，減少對系統(tǒng)和電網(wǎng)的電流沖擊，也減少了對變壓器的沖擊。延長單元內(nèi)部整流二極管及電容的使用壽命。
3.6 控制系統(tǒng)采用雙閉環(huán)的無速度傳感器矢量控制，將電機電流分為勵磁電流 ID，和轉(zhuǎn)矩電流 IQ，用電流環(huán)對勵磁電流 ID 和轉(zhuǎn)矩電流 IQ 分別進行閉環(huán)控制，保證勵磁電流恒定，磁通穩(wěn)定。轉(zhuǎn)矩電流可控，因而可以直接控制電機的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩電流的動態(tài)響應為毫秒級，響應速度快。在無傳感器的情況下，自動計算和檢測電機速度反饋，用速度環(huán)對轉(zhuǎn)速進行閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)速控制精度高。這種雙閉環(huán)的矢量控制，特別適合需要低速大啟動轉(zhuǎn)矩的恒轉(zhuǎn)矩負 載。比如皮帶機重載啟動，橡塑行業(yè)的擠壓機，攪拌機，密煉機等。還可以進行多電機驅(qū)動的自動負載均衡控制。
4 東芝三菱 TMEIC 高壓變頻器皮帶多機控制東芝三菱的高壓變頻器，具有皮帶機驅(qū)動用變頻器的多機控制，及負載均衡功能和重載啟動功能。
4.1 當皮帶機采用多臺電機同時驅(qū)動時，采用變頻器自帶的負載平衡控制器可以保證主機和 從機的負載均衡。
下圖為 4 機驅(qū)動的多機控制皮帶機系統(tǒng)，多機負載的不均衡度可以控制在 1%左右。
德興銅礦帶料運行后，負載加重，但是轉(zhuǎn)矩電流還是非常均衡。皮帶機的設計輸送量為
4500T/H，實際為 1964T/H 時的運行圖如下。速度給定 90%，運行期間，轉(zhuǎn)矩電流 35-36左右。
2#電機和其他電機轉(zhuǎn)速有較大的偏差。從 1286rpm 到 1301rpm，速度偏差達到15rpm，速度偏差達到 1%。但是負載轉(zhuǎn)矩偏差很小，轉(zhuǎn)矩偏差為34.7%-35.5%，非常接近，偏差小于1%。因此這種控制系統(tǒng)的主要特點就是，各個電機的速度可以不一致，可以有偏差。而各個電機的負載轉(zhuǎn)矩則比較接近，也是動態(tài)均衡的，但負載轉(zhuǎn)矩的偏差很小。
當皮帶機因故帶料停止后，再啟動時屬于重載啟動。要求變頻器能夠?qū)ζC進行帶料重載啟動。皮帶機在帶料進行重載啟動時，電機輸出的轉(zhuǎn)矩，即要克服皮帶下面每個支撐滾輪和滾輪軸之間的靜態(tài)摩擦力造成的阻力矩，也要克服物料在皮帶上向下的拉力造成的阻力矩。物料在皮帶上向下的拉力造成的阻力矩是常數(shù)。但靜態(tài)摩擦力要比動態(tài)摩擦力大的多，這就使得為克服靜態(tài)摩擦力的初始啟動轉(zhuǎn)矩，比正常運行時動態(tài)摩擦力造成的阻力矩大的 多。因此變頻器必須具備低速大啟動轉(zhuǎn)矩的功能。
實際在啟動的過程中，由于皮帶的伸縮性，每個滾輪是先后按順序逐個轉(zhuǎn)動的，不會同時轉(zhuǎn)動。即使?jié)L輪轉(zhuǎn)動起來，由于速度很低，滾輪與滾輪軸之間的潤滑不好，會非常澀，其 動態(tài)摩擦力是不穩(wěn)定的，因此低速啟動時的轉(zhuǎn)矩有一定的波動。而且在整個啟動過程中，需 要一定的時間，才能使所有滾輪都轉(zhuǎn)動起來，轉(zhuǎn)矩才開始下降。也只有達到一定的速度，潤滑改善，轉(zhuǎn)矩的波動才會減少。因此這種大的低速啟動轉(zhuǎn)矩，是需要維持一定的時間的，一 般至少幾秒鐘。和皮帶的長度及啟動時的最低轉(zhuǎn)速，以及皮帶的伸縮性等有關。而且啟動時 由于速度低，轉(zhuǎn)矩和速度的波動會比較大。
變頻器的過載能力為 a150%-1 分鐘，間隔 10 分鐘。而且可以在電流提高比較少的條件 下，通過強勵磁的方式，提供比額定轉(zhuǎn)矩還要大的多的啟動轉(zhuǎn)矩，因此低速時的啟動轉(zhuǎn)矩特 別大，可以達到 150%-200%。這種動態(tài)的大啟動轉(zhuǎn)矩，時間持續(xù)很短，當所有的支撐滾輪 都轉(zhuǎn)起來以后，也就沒有靜態(tài)摩擦力了，只有動態(tài)摩擦力，因此皮帶機的驅(qū)動力矩，比啟動 時要小，只需要克服物料的重力通過皮帶的拉力產(chǎn)生的阻力矩，也就是正常運行時的阻力矩。 變頻器在實際運量已經(jīng)達到 4400T/H（接近額定運量 4500T/H）時因故停止，然后再啟動， 仍然可以帶料重載啟動。
下圖為該皮帶機重載時的運行數(shù)據(jù)。設計運量為4500T/H，實際已經(jīng)達到4400T/H， 接近設計的極限值，4臺電機負載電流均為138A，一點不差。轉(zhuǎn)矩電流達到 73.2%-73.5%，非常均衡，誤差 0.3%。但是轉(zhuǎn)速范圍為 1478-1488rpm。其中主機 4#電機的主驅(qū)動輪更換了，直徑比其他輪的直徑略小一點，因此速度偏高，且誤差比較大。從機的轉(zhuǎn)速為1478rpm， 主機的轉(zhuǎn)速為1488rpm，而且偏差在 10rpm 左右，接近 0.67%，相當于電機的額定滑差， 但是轉(zhuǎn)矩電流和電機電流都非常均衡。這就是負載均衡控制的功能在起作用。
由于變頻器是采用雙閉環(huán)的無速度傳感器矢量控制，而且這種速度的閉環(huán)控制是不需要速度傳感器的，變頻器通過輸出勵磁電流，自動檢測電機的實際速度，并利用速度反饋值進行閉環(huán)控制。而且主機是速度閉環(huán)控制，這就要求該速度閉環(huán)的響應要快，這樣速度反饋才能緊緊地跟隨速度給定，變頻器可以在穩(wěn)定工作的區(qū)域內(nèi)長期連續(xù)地穩(wěn)定運行，不會進入失速區(qū)，也就不會發(fā)生堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，這對于低速的大啟動轉(zhuǎn)矩是非常有好處的。變頻器啟動后還可以低速驗帶，然后在高速運行。啟動中可以采用 S 字型，使得皮帶所受的拉力變化均衡，皮帶機的啟動變成了軟啟動，不會突然將皮帶拉斷。
5、結論
東芝三菱 TMEIC 的高壓變頻器非常適合于皮帶多機驅(qū)動的場合，其多機驅(qū)動時負載均 衡控制能力很強，也具有大啟動轉(zhuǎn)矩的能力，從國內(nèi)眾多多機皮帶驅(qū)動的業(yè)績也證明了這點。
參考文獻：
【1】東芝三菱 TMEIC 高壓變頻器調(diào)試報告
【2】東芝三菱 TMEIC 高壓變頻器用戶手冊
