1 引言

對應(yīng)于煤礦的特殊生產(chǎn)條件，有時(shí)，煤的產(chǎn)量是極不均勻的，當(dāng)然皮帶機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)煤量也是不均勻的，在負(fù)載輕或無負(fù)載時(shí)，皮帶機(jī)系統(tǒng)的高速運(yùn)行對機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的磨損浪費(fèi)較為嚴(yán)重，同時(shí)電能消耗也較低速運(yùn)行大得多，但因生產(chǎn)的需要皮帶機(jī)系統(tǒng)又不能隨時(shí)停車，采用單獨(dú)的控制系統(tǒng)對前級運(yùn)輸系統(tǒng)的載荷、本機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的載荷進(jìn)行分別測量，這樣可控制變頻器降速或提前升速。對于載荷不均的皮帶機(jī)系統(tǒng)，可節(jié)約電能、降低皮帶的磨損。高壓變頻器主從控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)四驅(qū)皮帶機(jī)系統(tǒng)的良好調(diào)速。啟動(dòng)時(shí)間延長，實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)系統(tǒng)軟啟動(dòng)，大大降低對帶強(qiáng)的要求，減少設(shè)備初期投資[1]。實(shí)際應(yīng)用中，由于降低了啟動(dòng)沖擊，機(jī)械系統(tǒng)的損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒壽命大大延長。

2 高壓變頻器、四驅(qū)皮帶機(jī)控制系統(tǒng)

2.1 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，將系統(tǒng)電網(wǎng)電壓輸入連接到高壓變頻器的移相變壓器上，移相變壓器將電網(wǎng)輸入電壓轉(zhuǎn)換為獨(dú)立的三相690V電壓，給每個(gè)功率單元供電。移相變壓器的作用：第一是將電網(wǎng)的高壓降低為低壓，給每個(gè)功率單元供電；第二是移相變壓器采用延邊三角形結(jié)構(gòu)，使單元的輸入電壓進(jìn)行移相，這樣就減小了對電網(wǎng)的諧波無污染，為真正的完美無諧波；第三是給每個(gè)功率單元提供獨(dú)立的電源，可以使單元進(jìn)行級聯(lián)。高壓變頻器有完善的控制系統(tǒng)，其主控系統(tǒng)采用高速DSP為控制核心，控制算法完全數(shù)字化，主控箱與功率單元采用高速光纖通訊，主控將PWM波信號通過下行通訊光纖傳遞給每個(gè)功率單元，每個(gè)功率單元通過相應(yīng)單元的保護(hù)動(dòng)作通過上行通訊光纖上傳給主控系統(tǒng)。主控產(chǎn)生的PWM信號為載波移相后的PWM信號，這樣就可以將單元級聯(lián)后輸出的電壓諧波減小。

圖1 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

功率單元級聯(lián)輸出電壓采用自動(dòng)穩(wěn)壓技術(shù)，單元輸入母線電壓高時(shí)，輸出調(diào)制波相應(yīng)減小，單元輸入母線電壓低時(shí)，輸出調(diào)制波相應(yīng)增加，這種技術(shù)可以解決由于負(fù)載不平衡導(dǎo)致母線電壓不一致，從而出現(xiàn)輸出電壓不平衡的問題。

2.2 四驅(qū)皮帶機(jī)系統(tǒng)

四驅(qū)皮帶機(jī)系統(tǒng)是由四個(gè)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)一條運(yùn)煤皮帶。兩個(gè)電機(jī)同時(shí)連接在同一個(gè)滾筒，然后在進(jìn)行皮帶系統(tǒng)的軟連接。

圖2 四驅(qū)皮帶機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在上圖2中，實(shí)現(xiàn)四臺電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)一條皮帶系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，主機(jī)為驅(qū)動(dòng)1號電機(jī)的高壓變頻器，驅(qū)動(dòng)3號電機(jī)變頻為從機(jī)，3號電機(jī)和1號電機(jī)為不同組之間又為皮帶連接，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾筒進(jìn)行皮帶連接。2號電機(jī)和1號電機(jī)為同軸連接，3號電機(jī)和4號電機(jī)為同軸連接，此連接方式為同時(shí)連接在同一個(gè)滾筒之上。皮帶連接有皮帶彈性，又為柔性連接，同時(shí)連接在同一個(gè)滾筒上，又稱剛性連接。柔性連接調(diào)整不能過快，剛性連接需要響應(yīng)速度快，此系統(tǒng)中既有柔性連接又有剛性連接，系統(tǒng)控制比較復(fù)雜。

2.3 功率平衡

主從功率平衡技術(shù)需要每臺高壓變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)時(shí)對電機(jī)進(jìn)行有功電流的分離，將異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)有效分離出的有功電流傳輸給主機(jī)控制系統(tǒng)。主機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行有效控制。

從輸出電流中準(zhǔn)確分離出有功電流需要知道當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈的角度。高壓變頻器采用模型參考自適應(yīng)的方式準(zhǔn)確獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈的角度。

圖3 模型參考自適應(yīng)框圖

一個(gè)模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)如圖3所示，應(yīng)包含著兩種模型，分別為參考模型和可調(diào)模型，這兩個(gè)模型有著相同物理意義的輸出量，不同的是參考模型不含待估參數(shù)，而可調(diào)模型含有對應(yīng)的待估參數(shù)。其基本思想為：參考模型與可調(diào)模型的輸出和狀態(tài)性能指標(biāo)通過反饋比較器得到誤差方程，構(gòu)造合適的自適應(yīng)律，使得可調(diào)模型的控制對象能夠跟隨參考模型的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。通過模型參考自適應(yīng)估計(jì)器估算出轉(zhuǎn)子角度θ。

電機(jī)三相電流反饋iu、iv、iw經(jīng)傳感器采樣，然后再根據(jù)轉(zhuǎn)子位置電氣角度θ進(jìn)行Clarke變換和Park變換輸出ids、iqs，ids為勵(lì)磁電流，用于異步電機(jī)工作時(shí)提供磁場。iqs為有功電流，為電機(jī)實(shí)際做功電流，用于功率平衡控制。

主從功率平衡控制，采用無感矢量控制技術(shù)，在圖2中，驅(qū)動(dòng)1號電機(jī)的高壓變頻器的主機(jī)工作在速度模式，后臺操作時(shí)只需要向驅(qū)動(dòng)1號電機(jī)的高壓變頻器發(fā)送開機(jī)、停機(jī)、調(diào)頻等命令，主機(jī)協(xié)同控制整個(gè)系統(tǒng)，所有從機(jī)工作在轉(zhuǎn)矩模式，主機(jī)將所有從機(jī)傳來的有功轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行計(jì)算得出轉(zhuǎn)矩指令，發(fā)送給所有從機(jī)，從機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令進(jìn)行運(yùn)行。2號電機(jī)和1號電機(jī)為同軸連接，3號電機(jī)和4號電機(jī)為同軸連接，同軸連接響應(yīng)速度快。1號電機(jī)和3號電機(jī)之間的協(xié)同控制調(diào)整速度慢，整個(gè)系統(tǒng)得以穩(wěn)定運(yùn)行。

圖4 現(xiàn)場四驅(qū)皮帶機(jī)運(yùn)煤系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行

整個(gè)四驅(qū)控制系統(tǒng)算法在現(xiàn)場得到很好的驗(yàn)證，現(xiàn)場穩(wěn)定運(yùn)行如圖4所示。

3 結(jié)束語

高壓變頻器多機(jī)主從控制，在輸煤等皮帶機(jī)現(xiàn)場得到很好的應(yīng)用驗(yàn)證，具有運(yùn)行穩(wěn)定、良好調(diào)速、功率平衡等優(yōu)點(diǎn)。由于降低了啟動(dòng)沖擊，機(jī)械系統(tǒng)的損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒壽命大大延長。相信多電機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶機(jī)系統(tǒng)會越來越廣泛，高壓變頻器多機(jī)主從控制會有更大的發(fā)展。