2138acom太阳集团官网导航
煤炭行业

您当前的位置:>经典实例 > 变频器使用 > 煤炭行业

多机电拖动皮带运送机恒压频比掌握变频器

2017-05-31 17:47:50
多机电拖动皮带运送机恒压频比掌握变频器
Multi-Motor Driving Belt Conveyor Inverter  Base on VVVF Control
新风光电子科技股份有限公司   刘明光  魏学森 郭少明  
Liu Mingguang  Wei Xuesen  Guo Shaoming
  www.2545.com在变频器驱动多机拖动皮带机体系中,一个主要的问题是如何处理体系中各个电动机的功率输出均衡。引见了一种基于恒压频比掌握型的多机拖动皮带机变频器。变频器接纳主从掌握模式,经由过程对各自有功电流做闭环控制来实现对其输出频次的调解。变频器的输出电压根据恒压频比掌握方法,包管了机电气隙磁通的恒定,终极可以到达各个电动机输出功率分歧的目标。经由过程现场的胜利使用,证实了恒压频比掌握型多机拖动皮带机变频器的有效性和实用性。
关键词:多机拖动皮带机 恒压频比 功率均衡 变频器
Abstract: In the application of the Inverter driving Multi-Motor Belt Conveyor system, an important problem is how to ensure the output of the motors balance. A Multi-Motor Driving Belt Conveyor Inverter based on VVVF control was proposed. Master-slave control mode is used in the system. The active current is controled by closed-loop mothod to realize the adjustment of their respective output frequency. The output voltage of the Inverter is according to VF control, it ensures the motor’s air gap flux constant, and it ensures that the output of the motors are basically consistent. The feasibility and practicability of this Inverter is verified by being successful applied in the Multi-Motor Driving Belt Conveyor system.
Key words: Multi-Motor Driving Belt Conveyor;Variable Voltage and Variable Frequency(VVVF); Power Balance; Inverter
1弁言
        现阶段,在接纳变频器驱动多机电拖动的皮带运送机体系中,多用一台功率较大的变频器来同时驱动多台机电。固然变频器输出的频次关于每台机电是不异的,可是因为滚筒尺寸、皮带包角等因数的影响,招致各台机电的实践输出扭矩不尽不异,输出功率亦不尽不异。低落了机电、皮带的使用寿命,这也是变频器在多机拖动皮带运送机体系中使用较少的缘故原由地点。
        在多机电拖动皮带运送机启动、运转和停机历程中,若掌握不妥,会招致机电输出扭矩不一样,以至招致有的机电处在电动形态,而有的机电处在发电形态。关于变频器来讲,这种情况是致命的,变频器多用二极管做不控整流,如许当机电为发电形态时,会通过IGBT的续流二极管向电容充电,因为电容前端为二极管整流,能量流动不可逆,电容的电压会愈来愈高,直至单位过压庇护。因而,挑选恰当的掌握方法,使多机电拖动皮带运送机启动、运转和停机历程中各个机电输出扭矩分歧是恒压频比掌握型变频器驱动多机拖动皮带运送机的枢纽地点。
2 手艺道理及实现办法
www.2545.com
        变频器是将电网电压供给的恒压恒频转换成电压和频次都能够经由过程掌握改动的转换器,它可使电动机在变频电压的电源驱动下发挥更好的事情机能。简而言之,变频器输出的电压和频次别离可调。因而,变频器可以实现对交换异步电机的软启动、变频调速、提高运转精度、改动功率因数等功用。
        本文中所触及的异步电动机、变频器为高电压品级,常见为6kV、10kV,此中变频器为级联式电压源型高压变频器。上面对级联式高压变频器其构造、事情道理做阐明。
 
图1  级联式高压变频器结构图
Fig.1  The structure of cascading high voltage inverter
如图1所示,级联式高压变频器主回路由输入移相变压器、功率单位、主控体系及电气控制组成。电网输入为三相10kV或6kV,颠末移相变压器变为n个高压、自力、移相二次绕组电源,顺次接入功率单位模块,颠末整流、滤波和逆变输出单相交换电源。若输入为6kV,则每相由5个最大输出电压为759V的功率单位串连而成,使输出的相电压最大值获得3795V,线电压最大输出为6572V,当变频器带满载时,撤除变压器压降和功率单位压降,则输出约莫为最大输出的92%。移相变压器电流多重化作用能够低落电网侧电流谐波。5个二次绕组经由过程差别的联合方法使它们之间的电流相位差为12°,在变压器一次绕组侧组成30脉波整流电路,理论上能够消弭电网侧29次以下谐波。
 
 
 
图2  功率单位根本结构图
Fig.2  The basic structure of the power unit
       接纳功率单位串连,不存在器件均压的成绩。每一个功率单位接受局部输出电流,但仅接受1/5的输出相电压和1/15的输出功率。输入功率因数可到达0.95以上。这类主电路拓扑构造固然使器件数目增长,可是因为IGBT驱动功率很低,且没必要接纳均压电路、吸取电路和输出滤波器,可使变频器的服从高达96%以上。
        如图2所示,功率单位是由4个高压绝缘栅双极晶体管(IGBT)组成的高压PWM电压型逆变器。可输出1,0,-1三种形态电平;每相5个功率单位叠加,因为接纳多重化SVPWM手艺,能够发生11种差别的电平品级,可得到具有11级门路电平的相电压波形和21级门路电平的线电压波形。使得输出波形靠近正弦波,输出谐波小。
      6KV每相5个单位级联多电平变频器电压叠加道理(以其中一相如A相为例)如下图所示:
 
                图3  串连多电平变频器相电压波形图
                Fig.3  The phase voltage waveform of cascade multilevel inverter
       每相单位输出波形的电平数为11个门路波。
                
               图4  串连多电平变频器线电压波形图
               Fig.4  The line voltage waveform of cascade multilevel inverter
2.2 变频调速及恒压频比掌握道理
       当在电动机的定子绕组上接入三相交流电时,在定子与转子之间的氛围隙内发生一个扭转磁场,它与转子绕组发生相对运动,使转子绕组发生感到电势,呈现感应电流,此电流与扭转磁场相互作用,发生电磁转矩,使电动机动弹起来。机电磁场的转速称为同步转速,用N暗示: 
N = 60×f/p(r/min)                         (1) 
式中:f — 三相交换电源频次,普通为50Hz;
P — 磁极对数。当p=1时,N=3000r/min;p=2时,N=1500r/min。可见磁极对数p越多,同步转速N越慢。转子的实践转速n比磁场的同步转速N要慢一点,以是称为异步电机,这个不同用转差率s暗示:    
    s = [(N-n)/N]×100%                       (2)
    当加上电源转子还没有动弹霎时,n=0,这时候s=1;起动后的极度状况n=N,则s=0,即s在0~1之间变革。普通异步电机在额定负载下的s=(1~6)%。 
综合式(1)和式(2)能够得出
n = 60×f×(1-s)/p                         (3)
由式(3)能够看出,关于异步电机,其磁极对数p曾经肯定,转差率s变革不大,则机电的转速n与电源频次f成反比,       因而改动输入电源的频次就能够改动机电的同步转速,进而到达异步电机调速的目标。
异步电机调速时,期望只管连结主磁通稳定,这是由于:1)磁通太弱,铁芯操纵不充分,一样的转子电流下,电磁转矩小,机电负载才能降落;2)磁通太强,则铁芯处于过励磁形态,励磁电流过大,限定了定子电流的负载重量,机电负载才能降落。

                       图5 恒压频比变频调速体系原理图
                           Fig.5 The principle diagram of VVVF
\2.3 主从控制系统组成及掌握道理

                  图6 多机电拖动皮带运送机控制系统原理图
                        Fig.6  The schematic diagram of Multi-Motor Belt Conveyor system
       如图6所示,给出了多机电拖动皮带运送机的恒压频比控制系统的原理图,图中所示的交换异步电动机用于差遣皮带运送机的运转,所有电动机的规格不异;每台交换异步电动机均由一台变频器对其停止驱动。所有变频器中有且只要一台为主机变频器,其他的为从机变频器,主机变频器用于实现与上位机的通讯。变频器的电源输入端与电网相连接,电源输出端与响应电动机的定子输入端相毗连;主机变频器与所有从机变频器之间经由过程光纤相通信,同时主从机变频器经由过程检测响应输出的有功电流巨细来对运转频次做调解,以到达各个机电的功率均衡目标。
      图6中所示的变频器为电压源型级联式高压变频器。多机电拖动皮带运送机控制系统接纳恒压频比掌握方法,按照预先设定的VF曲线向多机电拖动皮带运送机体系中的机电的定子绕组施加电压,其特性能够等效于不变的交换电压源,其稳定性最接近于工频电网,因此与其它掌握方法和其它范例的变频器比拟,具有更高的事情稳定性和可靠性。同时,因为多机电拖动皮带机体系中的各个机电的无功电流仅在机电的定子绕组和变频器之间流动,不进入工频电网,因而减小了对电网容量的要求,提高了体系的输入功率因数。
图6中主从变频器经由过程各自电流传感器收罗三相输出电流Ia、Ib、Ic,然后将静止坐标系的电流Ia、Ib、Ic变更成α和β两相静止坐标系(Clarke变更),也叫3/2变更,再从两相静止坐标系变更成同步扭转磁场定向坐标系(Park变更),变更的同步角度为变频器输出的电压矢量角度,如许就得到了等效成同步扭转坐标系下的直流电流Iq、Id。此中Id为异步电机的励磁电流,也就是我们所说的无功电流,普通为机电额定电流的30%,Iq为与转矩成反比的电枢电流,也就是我们所说的有功电流。经由过程掌握有功电流巨细来实现对变频器输出有功功率的掌握,终极实现各个电动机输出扭矩分歧、功率均衡。
www.2545.com
       恒压频比掌握型多机拖动皮带机变频器接纳主从掌握方法,体系中的每台机电都别离有一台变频器驱动,驱动异步电动机的变频器有主从之分,在全部体系中有且只要一台变频器主机,其它的变频器都作为从机。针对多机电拖动皮带运送机变频启动、停机、运转调理和毛病庇护等关键性成绩,提出了一种利用恒压频比掌握型变频器驱动多机电拖动皮带运送机运行的办法,使恒压频比掌握型变频器驱动多机电拖动皮带运送机变频调速运转成为能够。
本文所触及的多机电拖动皮带运送机的恒压频比控制系统的掌握办法,包罗启动历程、运转历程和停机历程,如图7和图8所示,别离给出了本掌握办法中主机变频器和从机变频器的法式流程图;
 
图7  主机变频器的法式流程图
Fig.7 The flow chart of the host inverter
 
 
图8 从机变频器的法式流程图
Fig.8 The flow chart of the slave inverter
 
主机变频器与各个从机变频器之间经由过程光纤毗连,一方面可采用高传输速率来提高呼应速度,另一方面实现了电气断绝有助于减小内部滋扰。
当主机变频器领受到当地或长途开停机指令后,会按照主从机变频器的停当、毛病状况,将开停机号令经由过程光纤播送发给从机。即从机变频器开停机受主机变频器掌握。
当主机施行开停机后,会按照预先设置好的频次上升时间和降落工夫停止升频、降频。并将主机变频器运转频次作为基准频次播送发给各个从机变频器。从机变频器领受到主机变频器发来的基准频次后,将本身运转频次调解到基准频次。
同时,主机变频器会检测其输出有功电流并作为基准有功电流发给各个从机变频器。从机变频器领受到主机变频器发来的基准有功电流后并与本身检测到的有功电流停止比力,若本身有功电流小则停止升频,若本身有功电流大则停止降频。因为皮带机是恒转矩体系,所需总的转矩是必然的,若某台变频器输出频次低落,必然会招致输出有功电流减小,所驱动的电动机输出转矩减小,从而使其它电动机输出转矩增大。这比如是两匹马拉大车,跑的快的着力大,跑的慢的着力小,若想让两匹马着力不异,需将跑的快的马低落速度,跑的慢的马提高速度。从机变频器对其输出频次的调解终极的目的为其本身输出有功机电与主机变频器发来的基准有功电流不异,从而包管了各个电动机输出转矩不异,输出功率不异。
主机变频器在播送的同时,还领受从机变频器反应旌旗灯号,以判定从机变频器通讯状况及及时运转状况。若发明主从机之间通讯毛病,或主从机变频器相干的电网毛病,或主从机变频器内部的重毛病,或机电毛病,主机变频器立刻封闭输出停机,并经由过程光纤通信告诉从机变频器封闭输出停机。
该掌握思惟的特性是:可以利用恒压频比掌握型变频器驱动多机拖动皮带运送机安稳地启动、停机、以较高的服从变频运转;在呈现紧急情况下,可靠地庇护机电、变频器。拓展了恒压频比掌握型变频器的使用范畴,增长了多机拖动皮带运送机变频器调速体系的挑选范畴,也低落了多机拖动皮带运送机变频革新的本钱。因为本办法利用恒压频比开环掌握方法,无需速度位置传感器,无需检测机电参数,因此提高了机电运转的可靠性和稳定性,低落了体系的故障率。
3 尝试考证
上述的手艺计划颠末产物化后考证全部设计方案是可行的并在差别的现场装备上停止了手艺测试和查核。
如在山西省某洗煤厂,双机拖动皮带运送机体系中,每台机电的额定功率为560kW,额定电压为10kV,每台机电均由零丁的变频器驱动。掌握计划接纳本文所阐述的计划,皮带机体系可以安稳地启动、停机、以较高的服从变频运转。其根本运转参数以下表所示,
 
 
 
 
 
 
 
 
       表1 主从变频器运转参数
       Tab.1  The operation parameters of master & slave inverter
www.x33138.com
 
从上表中可看出,两台变频器输出频次别离为48.83Hz、48.67Hz,输出电流别离为28.9A、29.3A,输出有功电流别离为26.1A、26.5A,运转频次与运转电流根本不异。这包管了机电的运转功率均衡,有助于皮带运送机体系的长时间运转。
4 结束语
本文具体地叙说了变频器组成及道理,变频器调速与恒压频比掌握道理,以及如何接纳恒压频比变频器驱动掌握多机拖动皮带机体系,对恒压频比掌握方法、主从掌握方法道理做了具体的论述,对多机拖动皮带运送机的启动、停机、不变运转历程做了详细阐明。这类掌握办法的变频器在实践的多机拖动皮带运送机体系中经由过程了实验考证。
 
作者简介:
刘明光(1983-),男,硕士研究生,供职于新风光电子科技股份有限公司研发部,现从事于高压变频器方面的研讨。
 
地址:山东省汶上经济开发区
邮编:272500
 
【 返回上一页 】
www.2545.com