帶式輸送機變頻驅動控制的研究

劉景泰

（陽煤集團五礦， 山西 陽泉 045000）

引言

帶式輸送機是一種依靠驅動滾筒帶動輸送機進行循環運行的機械設備，具有結構簡單、運行經濟性好、靈活性高的優點，廣泛應用于煤礦大型運輸設備。隨著輸送機不斷向長距離、大運量、高帶速方向發展，現有的恒轉矩驅動控制方案逐漸暴露出了控制穩定性差、速度調節滯后、啟動運行沖擊大的缺陷，已經無法滿足帶式輸送機的穩定運行需求[1]，因此本文分析一種新的帶式輸送機變頻驅動控制系統。

1 基于直接轉矩的變頻驅動控制方案

由于長距離、大運量、高帶速的帶式輸送機通常采用雙電機驅動控制，因此對帶式輸送機進行平穩控制的前提是實現各個驅動電機的功率平衡，避免在運轉過程中因功率輸出不均而導致運行不穩定現象。因此結合雙電機驅動控制特點和帶式輸送機的運行控制要求，本文所提出的基于直接轉矩的變頻驅動控制方案主要是在直接轉矩控制的基礎上加入了變頻控制裝置，將驅動電機和輸送機的定轉速控制系統進行聯動，實現對輸送機運行的閉環控制，從而保證了輸送機在各種工況下啟動時的穩定性，該基于直接轉矩的變頻驅動控制系統如圖1 所示[2]。

圖1 基于直接轉矩的變頻驅動控制系統

在該控制系統中采用了閉環調節控制的模式，首先從動電機根據輸送帶的運行速度，經過變換和磁鏈觀測器的運行分析后輸出估算的定轉矩，然后將其與系統給定的轉矩進行對比，根據對比分析結果，系統對其進行一個轉矩補償調節，最終輸出實際的控制轉矩。同樣的，主驅動電機同樣是根據帶式輸送機輸送帶運行速度的變化和磁鏈觀測器的運行分析，然后輸出估算的定轉矩，將運算轉矩和實際運行轉矩相減，獲得一個控制補償信號，最終輸出控制轉矩。該控制系統中的核心控制點在于輸送機在任一工況下所輸出的總轉矩和總負載相關聯，任意時刻兩個電機的轉矩之和為定值，因此通過轉矩關聯控制的方式實現了兩個電機輸出轉矩的動態變化，但由于在系統中增加了由變頻控制器控制的磁鏈觀測器，因此能夠滿足兩個電機在各種轉矩變化情況下的輸出功率的穩定性，確保了輸送機系統在運行過程中的功率平衡，避免了功率不平衡驅動所帶來的振動波動大、穩定性差的缺陷。

2 變頻控制電路原理

由于煤礦井下空間狹小而且工作環境較為復雜，因此若采用傳統的分散式的變頻驅動控制方案會導致系統工作穩定性差、易產生故障的難題，因此本文結合井下實際工況和對輸送機驅動控制系統的控制需求，提出了一種采用PLC 實現對輸送機的驅動系統進行集成控制的方案，以PLC 控制系統為核心，實現對輸送機運行過程中輸送機驅動系統工作狀態的實時監控、報警，一旦出現問題能夠第一時間對故障原因進行判斷，便于維修人員能夠在第一時間解決異常，確保輸送機系統的運行可靠性。同時該集成控制系統能夠根據輸送機在不同工況下的運行特性實現對輸送機變頻驅動控制系統的閉環反饋控制，滿足控制系統對輸送機穩定、平穩的控制需求，提升輸送機的運行穩定性和使用壽命。在該系統中，數據分析信號能夠直接傳輸到變頻控制器內，實現變頻控制器直接對驅動電機的控制，滿足了各種工況下的無級變頻調速。該輸送機變頻控制電路的整體結構如圖2 所示[3]。

圖2 帶式輸送機變頻驅動控制系統電路原理圖

3 變頻控制系統的直接掛網方案

傳統煤礦井下供電網絡系統中為了避免過大的電流沖擊通常需要設置專用的變壓器，用于對供電電流進行的濾波及變壓控制，滿足對供電系統穩定供電的需求，但由于該控制系統采用了基于直接轉矩的變頻控制方案，在系統中設置有變頻器及磁鏈觀測器，設置變壓器后將不利于對系統調整電流的監測和控制，因此本文提出了一種新的變頻控制系統的直接掛網控制方案，在變頻控制系統采用了拓撲控制結構及有源前端設計方案，能夠有效地降低供電網絡的側諧波[4]，同時能夠滿足對供電電流的功率因數的矯正和控制能量的再生，具有調試速度快、穩定性高、經濟性好的優點，該直接掛網方案結構如圖3 所示。

圖3 直接掛網方案結構示意圖

4 結論

1）該控制系統采用了閉環調節控制的模式，在系統中增加了由變頻控制器控制的磁鏈觀測器，能夠滿足兩個電機在各種轉矩變化情況下輸出功率的穩定性，避免了功率不平衡驅動所帶來的振動波動大、穩定性差的缺陷。

2）變頻驅動控制電路采用了以PLC 控制系統為核心的集成控制系統，系統中的數據分析信號能夠直接傳輸到變頻控制器內，實現變頻控制器直接對驅動電機的控制，實現了各種工況下的無級變頻調速。

3）變頻控制系統的直接掛網方案，能夠滿足對供電電流的功率因數的矯正和控制能量的再生，降低對供電網絡的沖擊，具有調試速度快、穩定性高、經濟性好的優點。