英威腾CHV190中压变频器在双滚筒驱动带式输送机上的应用
2012/11/15 10:47:02
——主从功率均衡模式应用
深圳市英威腾电气股份有限公司 技术支持部
摘 要：本文主要介绍了英威腾CHV190中压系列变频器采用主从功率均衡模式在双滚筒分别驱动带式输送机上的应用。主从功率均衡模式是英威腾CHV190系列变频器独特的控制功能，能使拖动同一设备的多台电机输出功率相同，并且不采用多台变频器之间共直流母线方式，避免了不同变频器之间电流不平衡的问题。控制性能优良，运行稳定、可靠。
关键词：CHV190中压变频器 双滚筒分别驱动带式输送机 主从功率均衡模式
一、引言
带式输送机又称胶带输送机，俗称“皮带机”。它作为一种连续动作式输送设备广泛应用于冶金、电力、化工等行业，在煤炭行业应用更为广泛。英威腾CHV190中压变频器已经成功的应用在了双滚筒分别驱动带式输送机上，两台变频器采用主从功率均衡控制模式，主机和从机之间通过485通信或CAN通信进行信号传输，分配两电机之间的负荷使其达到均匀平衡。本文将具体介绍两台英威腾CHV190系列中压变频器采用主从功率均衡模式在山西平遥明子煤矿带式输送机上的应用。
二、双滚筒分别驱动带式输送机电气传动要求
2.1 双滚筒分别驱动带式输送机的组成
下图为带式输送机简图如图1：
图1 带式输送机示意图
通用带式输送机由输送带、托辊、滚筒及驱动、制动、张紧、改向、装载、卸载、清扫等装置组成。输送带绕经传动滚筒和机尾换向滚筒形成一个无极的环形带。
双滚筒驱动带式输送机有两种形式，一种是双滚筒共同驱动，另一种是双滚筒分别驱动。双滚筒共同驱动其实质和单滚筒驱动一样，两个滚筒由1:1的齿轮连接。双滚筒分别驱动其原理类似于两个单滚筒驱动，两个滚筒由2台电机拖动。双滚筒分别驱动带式输送机的原理示意图如下：
图2 分别驱动带式输送机示意图
2.1 双滚筒分别驱动带式输送机电气传动要求
· 众所周知，皮带是一个弹性体，在静止或运行时皮带内贮藏了大量的能量，在皮带机起动过程中，如果不加设软起动装置，皮带内贮藏的能量将很快释放出去，在皮带上形成张力波并迅速沿着皮带传输出去，过大的张力波极易引起皮带被撕断。因此，《煤矿安全规程》规定，带式输送机必须进行软启动。
· 带式输送机装料起动时，负载转矩很大，要求电机驱动装置输出起动转矩也足够大，才能保证能使带式输送机顺利起动。
· 双滚筒分别驱动带式输送机需要由两台电机驱动，需要保证这两台电机输出功率相同，即功率均衡，避免电机之间输出功率不同，使出力大的电机出现过载或过流故障。
· 如果带式输送机用于向下运输，则需要考虑制动问题。
· 如果带式输送机使用的环境是在煤矿井下，则需要考虑使用防爆型的驱动装置。
三、英威腾CHV190中压变频器在双滚筒分别驱动带式输送机上的应用
3.1 主从功率均衡模式在双滚筒分别驱动带式输送机上的应用
英威腾CHV190中压变频器已经成功运用于山西某煤矿两台电机驱动的带式输送机上，两台电机各驱动一个滚筒。驱动两台电机的两台CHV190变频器之间采用主从功率均衡模式，一台变频器为主机，另一台变频器为从机。要求两台电机输出功率基本相同。
具体情况如下：
1) 带式输送机电机参数
|
项目 |
参数 |
备注 |
|
电机额定功率 |
132kW |
2台 |
|
电机额定电压 |
690V |
|
|
电机额定电流 |
|
单台电机 |
2) 根据以上带式输送机的要求，具体变频器配置如下：
|
项目 |
参数 |
备注 |
|
变频器型号 |
CHV190 |
2台，矿用隔爆型 |
|
变频器额定功率/电压/电流 |
200kW/690V/ |
|
隔爆型CHV190-200G-6外形图如下图3：
图3 隔爆型变频器
1) CHV190变频器电机参数调试：
在带式输送机电机与负载脱开的情况下，单台变频器带电机运行，设置好电机参数后，首先在V/F模式下运行。选择几个频率点（如：5Hz，10Hz，15Hz，25Hz，35Hz，50Hz）分别运行，观察电流是否正常。可以使用上位机软件观察电流曲线。如果有振荡则修改P2.19，一般取值在0、1、2这三个数间选择。待电流不振荡时再进行电机参数自学习操作，如果不能旋转自学习就采用静态学习，电机参数自学习结束后，在开环矢量模式下运行电机。调整电机电感、互感和空载电流参数，使电机运行正常，并保证输出电压对应频率线性增长，在额定频率时需保证输出额定电压。
开环速度模式调试结束后，再采用开环转矩模式，设置P3.12=1，通过给定不同的转矩值，观察电机运行情况，同样调整电机电感、互感和空载电流参数，使电机运行正常。这样电机参数调试完毕。
2) 主从功率平衡模式调试
主从功率均衡主机模式接线图如下图4：
图4 功率均衡模式接线图
备注：上图中的通信可以为485通信（通讯卡和I/O扩展卡）和CAN通信（I/O扩展卡）。
主从控制是一种分配两电机或多个电机间的负荷使其达到均匀平衡的控制方式，当一个传动设备是由两个或多个电机驱动的时候，同时两个电机或多个电机轴通过齿轮、链条或传送带等相互耦合在一起,就需要通过主从控制来分配各个电机间的负荷，以满足控制精度。外部控制信号可以只与主机连接，主机通过一个串行通讯链路（CAN总线或者485总线）来控制从机。也可以主机和从机都连，通讯只传递主机转矩信号。
一般情况下，主机采用速度控制，从机跟随主机的转矩或速度给定，应用中分下面三种情况：
· 当主机和从机的电机轴采用柔性连接时，主机采用速度控制，从机应该采用速度控制模式，因为主机与从机之间允许存在微小的速度差异。
· 当主机和从机的电机轴通过齿轮、链条等进行刚性连接时，从机应该采用转矩控制模式，以使传动单元之间不存在速度差异。
· 在一些应用中，从机既需要速度控制也需要转矩控制。在这种情况下，可以通过从机的一个数字输入端来完成速度控制和转矩控制之间的自由切换。
因为此次应用的主机和从机的电机采用的是“皮带”连接，属于柔性连接，所以主机采用速度模式，从机也采用速度模式，具体调试情况如下：
备注：
· 上图是变频器驱动柔性负载的应用控制图，所谓柔性负载就是主从之间通过皮带或者其它有一定延展性的材料连接，由于材料存在延展性，主从机之间允许出现一定的速度偏差。
· 对于这种工况下，主机和从机全部采用速度控制。主机将当前运行频率传递给从机，作为从机的主频率给定；从机同时接收主机当前输出转矩（输出电流），并与其自身输出转矩进行误差PID计算，作为当前设定频率的一个调整量，最终达到主从机之间的同步控制和功率平衡。
· 在主从控制模式下，主机的运行信号与从机的故障信号串联，一旦从机出现故障，则不允许主机运行。
· 从机PID的计算有三种模式可以选择，具体可以根据不同的应用场合来灵活处理。
· F_m>Pb.24的含义是保证主机首先启动后，从机才开始进行PID运算，防止由于主机还没有启动导致PID运算初始累计。
四、英威腾CHV190中压变频器在双滚筒分别驱动带式输送机上的应用效果与客户评价
此次CHV190中压变频器在双滚筒分别驱动带式输送机上的应用，主机传给从机的信号，采用了转矩信号和电流信号，两者都能实现功率均衡效果。从机在采用速度控制模式下，完全能满足现场带式输送机的运行要求，运行稳定。完全到达了带式输送机的运行要求和用户的要求。具体效果分析如下：
· 主机和从机之间的电流相差可以控制在5A左右，功率平衡效果好。
· 对变频器PID参数依赖较高，如果参数设置不当可能导致电机振荡输出，严重时（尤其在空载情况下）可能会出现过压故障。
· 该模式可以适用于变频器的V/F控制方式。
· 双滚筒分别驱动带式输送机采用变频器进行主从功率平衡控制，不仅能实现皮带安全的软起软停，平稳运行，分配负载均衡，而且还能满足带式输送机的验带功能要求，为用户节约电能。
运行到25Hz波形：
运行到49Hz波形：
五、结束语
英威腾CHV190中压变频器采用主从功率均衡模式在煤矿双滚筒分别驱动带式输送机上的成功应用,不仅使双滚筒分别驱动带式输送机的两台电机之间的负载均衡问题得到了很好的解决，而且提高了煤炭行业的带式输送机设备的自动化水平，加快了煤炭行业的产业装备的升级。对提高煤炭行业的产能，保证煤炭行业安全生产都起到了非常积极的作用。
参考文献
[1] 《英威腾变频器产品手册》 深圳英威腾电气股份有限公司
[2] 《英威腾CHV190系列起重专用变频器说明书》 深圳英威腾电气股份有限公司
[3] 《矿山机械与设备》 中国矿业大学出版社 谢锡纯 李晓豁 主编
关于英威腾：
英威腾，成立于2002年，致力于成为全球领先、受人尊敬的电气传动、工业控制、新能源领域的产品与服务供应商，2010年在深交所A股上市，股票代码：002334。英威腾是国家火炬计划重点高新技术企业，目前拥有11家控股子公司，依托于电力电子、自动控制、电机控制、节能环保、物联网、信息化等关键技术的掌握，主要产品涵括高、中、低压变频器、电梯智能整体机、伺服系统、PLC、HMI、电机和电主轴、SVG、UPS、光伏逆变器等。英威腾现有员工1600多人，大型生产基地4个，营销网络遍布国内及海外60多个国家和地区。