引言
国内现有大多数煤矿的大功率胶带输送机一般都采用工频拖动，较少使用变频器驱动。由于电机长期工频运行加之液力耦合器效率低，即使在液力耦合调速情况下，由于胶带弹性伸缩性势能的影响和液力耦合的调速精度，也很难做到前后两台高压电机的同步，由于电机无法采用软起、软停，胶带机启动时，在机械间产生剧烈冲击，加速机械的磨损，甚至造成胶带坼裂等现象，胶带机的磨损、液力耦合器的维护频度增大等问题更是给企业带来较大数额的维护费用问题。这对于现在创建节能、节支的社会环境是不相符合的。对煤矿企业的胶带输送机进行变频改造，为社会节约能源、为企业增加效益都具有非常现实的经济意义和社会意义。
1.概况
某露天煤矿新出入沟带式输送机依启动顺序由M303、M304、M305组成，长度分别是300米、100米、780米，来料点有三个，均落于M305上，三条输送机均使用变频器启动、停机，M305电机功率为2*710KW。
2.胶带机的工作原理和特点
胶带机通过驱动轮鼓，靠摩擦牵引胶带运动，胶带通过张力变形和摩擦力带动物体在支撑辊轮上运动。胶带是弹性储能材料，在胶带机停止和运行时都储存有大量势能，这就决定了胶带机的启动时应该采用软启动的方式。国内大多数煤矿采用液力耦合器来实现胶带机的软启动，在启动时调整液力耦合器的机械效率为零，使电机空载启动。
采用液力耦合器软起胶带机时，由于调速范围窄，低速时启动时间短、加载力大，同时前后双机驱动同一胶带工作时难以真正解决负载功率和胶带弹性势能功率的分配和同步问题，容易引起皮带断裂和老化，要求皮带的强度高。加之液力耦合器长时间工作会引起其内部油温升高、金属部件磨损、泄漏及效率降低等情况发生，不仅会加大维护难度和成本，还污染了环境。
3.负载参数及高压变频器型号
根据现场负载性质和现场设备运行参数，高压变频器型号配置稍大一些选取，选择6KV-950KVA高压变频器拖动，电压源型，多功率模块串联，交直交、高高方式。
一台电机配一台高压变频器，接入6KV主动力电源系统中，变频器的运行方式由中央控制室系统集中控制。
配套电机参数：
电动机名称：YPT-500
额定功率(KW)：710
额定电流(A)：83
额定电压(KV)：6
额定转速(r/min)：1495
功率因数：0.84
台数：2
4.高压变频器主回路示意图
图1 主回路示意图
注意：a. QS1、QS2为主机开关柜高压隔离开关，控制M1电机运行; QS3、QS4为从机开关柜高压隔离开关控制M2电机运行。
b. QS为单刀隔离开关。
5.控制系统方框图
图2 控制系统方框图
双电机同步运行过程：
由中控室系统操作员通过DCS与双机同步变频器主机PLC通讯，传送转速运行需要的给定频率、启动、停止等信息操作主机;双机同步主机接收到信息后，实时对从机发出相应的给定频率或控制信号，从机反馈信息，并响应和执行主机的命令;
胶带输送机前后主、从电机在运行过程中随时会受到胶带本身张力的影响，这时候系统就出现工况引起的功率不对称分配，某台电机出力严重超过电动机的额定功率，而另一台电机则会过度轻载运行。主、从电机非同步运行很造成的胶带坼裂。况且长期运行后，超载运行的电机也会出现过热、过载保护、过流现象或停机等事故发生。为避免功率分配的不对称出现，安邦信高压变频器可将非同步状态下输出功率较大电机的超载功率部分(超过自身额定功率的那部分功率)即时自动转移到轻载电机上，实时保持前后主、从电机功率均衡对称分配，动态自动调整，依此实现主机变频器和从机变频器的同步运转，达到胶带输送机机首、尾双电动机的同步运行。
主、从机之间可以对重故障、轻故障、输出频率等状态实时处理，协调一致，实现主、从电动机之间的同步运转。同时，主、从机变频器也可以通过用户接口实时将各运行状态信息、故障信息等传送到中控室。
当变频器运行过程中，主机功率模块出现轻故障时，主、从机变频器之间相互通讯，主机变频器对发生故障的功率模块进行实时、自动处理，旁路后降低适当转速仍旧运行，同时主机实时对从机变频器发出通讯指令，要求从机变频器按照主机变频器的当前运行转速运转，从机变频器即时响应主机变频器的发出的指令，自动将当前的输出频率调整到和主机变频器输出转速一致的状态，即实现了主、从电动机的运行转速同步的效果。
同样，在从机变频器出现轻故障，自动旁路、降低适当转速后运行，从机变频器即时对主机变频器发出轻故障通讯信息，主机变频器根据从机变频器发出的信息，即时分析、处理，然后按照从机的发出的信息请求，自动调整当前的输出转速，使其保持与从机变频器运行速度实时保持一致。
综上述，双机通讯处理系统对主、从变频器系统协调和控制，相互通讯、互传信息。DCS系统把运行频率发送到通讯系统，通讯系统将给定转速传送主机，再由主机通讯传送到从机。当主机有轻故障时从机会跟随主机会实时采取相应处理措施，同样当从机有轻故障时主机也会实时跟随主机采取响应处理措施，同时借助于双电动机功率检测处理系统，实时自动调整主、从电机同步运行，真正实现主机和从机转速的同步运转。
6.高压变频器的系统控制和原理
高压变频系统具有远程集中控制室系统控制及就地手动控制功能，主变频器的频率控制和运行指令是由集控系统发出给定的，主机接受来自于集控系统的指令后，即时对从机发出相关控制及运行指令，要求从机服从和执行于主机的发出的各种指令，同步于主机工作。最终M305输送机执 行了集中控制室系统发出的所有给定命令进行工作。双高压变频器根据集中控制室的指令拖动电机 启动、增速、减速、及停止。主、从变频器系统均有各自的负载动态功率信号采集，系统将采集到 的各系统功率信息即时处理，主、从闭环分配，从而做到胶带张力恒定、稳速运行，保证胶带机可靠运行。安邦信低频大转矩型双电机同步运行高压变频器可以保证电机在低速启动时平稳启动、稳定加速运行。高压变频器系统组成一般为：旁路柜、变压器柜、功率柜、控制柜四部分组成。旁路柜也是开关柜，里面由高压隔离开关、PT、CT等开关或检测元器件组成;变压器柜主要由移相整流变压 器组成;功率柜由功率单元组成，为电机提供电源的逆变输出环节的主要组成部分;控制柜是由整个变频系统的电气控制、数据通讯、数据采样与处理、中央集控系统的控制指令接口等部分组成。 同时控制电源系统三级备用、自动投切功能，保证控制系统运行的高可靠、高稳定性。
6.1输入变压器
AMB-HVI系列高压变频器的输入侧变压器采用移相整流变压器，其电气原理图如图3所示。变压器原边绕组为6KV，副边共十八个绕组分为三相。每相有6个次级绕组，按照一定移相角度依次绕制而成，然后将各次级绕组连接到各功率单元上，这种逐次移相式接法可以有效地减小各齐次谐波含量，此外，采用移相变压器进行隔离输出，使得输入侧谐波控制在4%以内，完全低于国家规定的标准，不会对电网造成干扰。
图3 移相整流变压器电气原理图
图4移相式变频系统主电路拓扑图
6.2功率单元
AMB-HVI系列高压变频器每相由六个功率单元串联而成，各位置的功率单元间具有完全的互换性。每个功率单元为三相输入、H桥输出，交直交、PWM电压源型逆变结构。单元具有缺相、过压、欠压、过热、短路、通讯等保护或功能。其结构如图5所示。通过中央处理器控制各IGBT的工作状态，输出PWM电压波形。每个功率单元输出电压为580V，串联后输出相电压3480V，线电压达到6KV。
图5 变频器功率单元图
AMB-HVI系列高压变频器输出采用高-高、多重化、多功率单元堆波、串联叠加技术，各功率单元均由输入隔离变压器的次级隔离绕组分别供电，同一相的功率单元输出相同幅值的基波电压，各功率单元输入之间互相错开一定电角度，实现输入多重化，输出多电平PWM电压，使得输出电压接近正弦波。输出电压的每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，所以dv/dt很小，输出相电压为13电平，线电压为25电平。多电平数和高开关频率有利于改善输出波形，降低输出谐波，网侧功率因数均可保持在0.95以上，因此不需要配备改善功率因数的功率因数补偿器或滤波器，就可以实现完美的正弦波输出。其输出波形如图6所示。
图6 高压变频器的输出电压和电流波形
6.3功率模块IGBT驱动保护措施
在AMB-HVI变频器的功率单元中，使用高性能、智能化的专用IGBT驱动模块对主控系统输出的PWM控制信号进行隔离、缓冲处理后，使弱电信号驱动高压回路中的大功率IGBT器件输出电压。
单元具有短路、过压、欠压监测和保护等功能，当负载或功率单元一旦出现短路、过流、欠压等等故障时，驱动模块将故障信号上传到单元CPU系统，主控系统的微处理器即时根据故障类型进行辨别处理后，再次判断故障的真实性，对虚假故障(干扰信号)进行窄脉冲滤除处理，单元CPU系统将故障信号进行即时分析和处理后，采取报警停机或继续运行命令。此项功能更加增加了功率模块的抗干扰能力，增加了设备运行的可靠程度，保护变频器与设备系统的安全，不至于造成更大的故障和更大的经济损失。
7.综述
该变频控制系统运行平稳、启动转矩大、调速范围广、正弦波输出、功率因数高等特点，总体谐波畸变THD小于4%，对电网谐波污染小，满足IEEE519-1992的谐波抑制标准，不必采用功率因数补偿装置，对原系统高压电机和高压电缆没有特殊要求，可以使用普通的高压异步电机。