矿用皮带机双变频器联动运行方案中的解决

引言
斜井强力胶带输送机是煤矿输送的重要工具，在煤炭生产中具有举足轻重的地位。作为高压变频系统在输送机的动力系统，如何使两台电机带动的皮带机协调安全运行是重中之重。新疆建设兵团塔什店煤矿强力胶带输送机高压变频电控系统中（见下图的主回路），由两台高压变频器带动皮带提升机。以下是在调试时，双机联动运行所遇到问题及解决方案。

启动运行时，虽然电控系统给定的两台变频器的速度一致，但在实际运行过程中，总是存在两台电机运行的速度不一致，使其中一台机械速度高的电机因过负荷而变频器过电流跳闸，负荷过轻（因运行速度低）的一台变频器过电压而跳闸保护。

以下为电气一次图及皮带提升机械简图

塔什店煤矿强力胶带输送机电气及机械参数如下

胶带机运输机

滚筒直径：2m

输送倾角：20°30″

最大长度：1310m

带速：2. 5m/s

主电机型号：YB450-4

总功率：2X400kW

额定电压/电流：10000V/28.6A

额定转速：1485r/min

减速机型号：ZSY (a)560(t)-45-Ⅱ

速比：62



高压真空开关柜

型号：KGS1-02DS

皮带主控台

型号：JPDK-ZN-ZKP

高压变频器

型号：HIVERT-Y10/036

额定电压/电流：10000V/36A

输出频率：0-50Hz


现场双机拖动皮带的示意图

变频器产生过电压的原因

1、主要是来自负载侧的过电压

当两台电机拖动皮带机并行运行时,如果其中一台电机运行的速度超前于另一台电机的速度，会使第二台电动机处于再生发电状态。即电机处于机械转速比变频输出频率决定的同步转速高的状态时，负载的传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过2个逆变器的续流二极管回馈到变频器功率单元的中间直流回路中。此时的逆变器处于整流状态，同时高压变频器串联叠波方式的特点，电压升高会集中在中性点上，单元A1；B1；C1的直流母排上；如果变频器中直流均压电阻不足以抵消这些能量，这些能量将会导致中性点上的直流回路的电压上升，达到限值即会保护跳闸。

过电压保护是变频器直流母排上直流电压达到危险程度后采取的保护措施，变频器过电压的危害,对直流回路滤波电容器寿命有直接影响，严重时会引起电容器爆裂。因而在高压变频器中一般将功率单元的直流回路过电压值（L+，L-）限定在AC1150V左右，一旦其电压超过限定值，变频器将按限定要求跳闸保护。

2、来自进线电源输入侧的过电压
正常电网输入的电源电压为10kV，允许误差为-5%～+10%，输入主隔离变压器后，付绕组每个绕组电压为640V，三相桥式全波整流后直流的峰值为820V，个别情况下电源线电压达到705V，其峰值电压也只有996V，并不算很高，一般进线电源电压（+15%）不会使变频器因过电压跳闸。电源输入侧的过电压主要是指电源侧的冲击过电压，和雷电引起的操作过电压等，主要特点是电压变化率dv/dt和幅值都很大。

变频器过电压故障分析及处理对策
当变频器启动频率加速时间设定不合适，在启动的瞬间，两台变频器不是运行在相同频率（变频器在加速过程中，皮带机上两个电机拖动同一个负载，由于没有负荷分配，如其中一台出现启动瞬时电流非常大，输出电流达到变频器限电流超过了设定的上限值，此时变频器的输出频率将不再上升，暂缓加速，待输出电流下降到设定限流值以下后再继续加速。），以至于其中的一台变频器的运行频率高于另一台频率，在较严重时两台电机频率可以相差0.2Hz,此时足以使一台变频器过电流或另一台变频器过压。



首先解决双电机机械速度一致的问题

这种情况在调试过程中，解决是两台电机的过压问题，要使两台变频器同时输出，在他们之间内部增加控制单元，解决同频同速的问题。其控制原理是：分别检测两台电机的输出电流及两台变频器的过电压，在同时启动的过程中，通过放大过负荷能力，同时尽可能使负荷分配一致，这样他们的运行频率（速度）一致。这样避免或减少其中一台电机多余能量向中间直流回路馈送，使其过电压的程度限定在允许的限值之内。



其次降低工频电源电压

目前变频器电源侧一般采用不可控整流桥，电源电压高，中间直流回路电压也高，电源电压为690V时，直流回路电压分别为910V。塔什沟矿变频器距离变压器很近，变频器输入电压高，对变频器中间直流回路承受过电压能力影响很大，在这种情况下，可以将变压器的分接开关放置在高压档（10.5kV），通过适当降低电源电压的方式，达到相对提高变频器过电压能力的目的。



结束语

在二象限电压型高压变频器系统中，由于能量的不可逆特点，直流过电压是她的一个弱点，尤其是在矿井皮带机双电机拖动系统中。关键是要分清原因，结合变频器本身参数、控制系统状况和工艺流程等情况，才能制定相应的对策。