一、引言

    当前大多数电厂输煤皮带机系统都采用工频驱动工作方式，结合液力耦合器实现皮带机的软启动。由于电机无法采用软起软停，在机械上产生剧烈冲击，加速机械的磨损，对电网的冲击也很大；且多台电机驱动的皮带机，由于滚筒的磨损程度不同，造成滚筒不等径，使得电机负荷不平衡，对皮带设备的冲击很大，导致设备的故障率提高，维护费用加大等问题。随着高压变频技术不断进步和完善，其应用范围越来越广泛，相关问题也迎刃而解了。

二、国电常州3#输煤皮带机简介

    国电常州发电厂3#输煤皮带机，皮带总长2015m，采用3电机驱动，电机1为主电机，电机2和电机3为从电机，电机功率为420kW，皮带宽1.8m，带速3.5m/s，额定卸煤出力3840t/h。布局示意图如图1所示。

    电机通过液力耦合器和减速器带动滚筒，靠摩擦牵引皮带运动，皮带通过张力变形和摩擦力带动物体在支撑辊轮上运动。皮带是弹性储能材料，在皮带机停止和运行时都储存有大量势能，这就决定了皮带机的启动时应该采用软启动的方式。

三、北京利德华福公司HARSVERT-VA系列变频器简介

    HARSVERT-VA系列高压变频器是由北京利德华福电气技术有限公司生产。该系统为电压源型高压变频器，具有运行稳定、调速范围广、输出波形好、输入电流谐波低、功率因数高、效率高等特点。其拓扑结构如图2所示。其控制方式采用先进的无速度传感器矢量控制方式，控制精度高，响应速度快，可将电机的励磁电流和转矩电流解耦，提高系统的功率因数，具体控制原理如图3所示。

    从电动机定子检测的三相电流经“三相静止/两相静止（ ）”的坐标变换，变换成 和 ；从电动机定子检测的三相电压经“三相静止/两相静止（ ）”的坐标变换，变换成 和 ，其中下标s表示定子量。 和 、 和 四个量经过“转子磁链观测器”的计算，可以得到转子磁链角度（由它确定转子的位置）和转速估计值 。 和 经“两相静止/两相旋转（ ）”的坐标变换，变换成 和 。将“转速给定值”与“转速估计值”经过比较后的值，通过“PI调节器”产生的“转矩给定”值，再经“k”计算后，产生了转矩电量分量 ；由“转速估计值”确定“磁链给定”，并经过“ ”的计算后，产生了电流分量 。转矩电流分量 和计算得出的 经过比较后，再通过“PI调节器”产生的值，与 轴解耦补偿电压值 比较后，得出两相旋转坐标系下的转矩电压分量 ；励磁电流分量 和计算得出的 经过比较后，再通过“PI调节器”产生的值，与 轴解耦补偿电压值 比较后，得出两相旋转坐标系下的励磁电压分量 。产生d-q坐标系上定子电压设定值 和 ，再经过“两相旋转/两相静止（ ）”的坐标变换，产生定子电压的设定值 和 。 和 为直接控制变频器的电压值。

四、 皮带机变频调速系统方案设计及运行效果

4.1控制方案

    为了实现皮带机的重载软启动和3台电机平衡出力，采用主从方式的矢量控制方式。1#、2#和3#变频器分别控制电机1、电机2和电机3，控制系统图如图4所示

    1#变频器工作方式为恒频率输出，作为主变频器，2#和3#变频器工作方式为恒转矩输出方式，作为从变频器，主变频器控制从变频器的运行，实现三台电机协调驱动整个皮带机，出力均衡，运行稳定。具体为，现场控制台只对1#变频器发送指令，通过4-20mA信号给定需要的转速，通过开关节点控制1#变频器的启动和停止；1#变频器接收到启动指令后，开始启动，同时启动2#变频器和3#变频器，并计算电机1的输出转矩，以4-20mA模拟量信号的方式将电机1的输出转矩送到2#和3#变频器。2#和3#变频器按照1#变频器给定的转矩，恒转矩驱动皮带机。

4.2运行效果

    （1）真正实现了皮带机系统的软起动。运用变频器的软起动功能，将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一，通过电机的慢速起动，带动皮带机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害。

    （2）低速大转矩输出实现了皮带机平稳的重载起动。由于输煤系统的特殊性，皮带机在运输过程中时刻都有可能重载停机，然后再重新启动。皮带机传统的控制方式有时不具有重载起动的能力，这就需要人工减少皮带机上的负载再重新启动，延误了原煤运输的时间，同时也给皮带机的管理带来额外的工作量，增加了维护人员的劳动量。HARSVERT-VA系列变频器采用了无速度传感器矢量控制方式，自动转矩补偿，启动平滑，皮带机重载起动时可实现低速大转矩。

    （3）实现皮带机3电机驱动的功率平衡。应用变频器对皮带机进行驱动时，采用主从控制，实现功率平衡。在国电常州发电厂3#输煤皮带为3×420KW电机驱动，采用主从控制后，轻载时主从电机电流相差2A左右，满载时相差1A左右，实现了皮带机多电机驱动时的功率平衡。

    （4）利用变频器的软起动功能皮带机的软起动，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机系统机械部分的检修量。

五、结论

    采用HARSVERT-VA系列变频器来改造传统的输煤皮带机驱动系统，不仅增加了设备的自动化程度还带来了很大的经济效益。彻底解决了皮带机的重载软启动和多电机平衡出力的问题，改善了生产工艺，延长设备了设备检修周期，随着变频技术的进一步发展，电厂输煤皮带机变频器改造势在必行。