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摘要：新型永磁材料的出現大大促進了永磁同步電機的發展，其優越的性能和節能效果，已廣泛應用到多個領域，尤其是高電量用戶的廠礦企業。英威騰Goodrive3000系列中壓變頻器作為永磁同步電機驅動在煤礦井下帶式輸送機有著廣泛的應用和良好的口碑。

關鍵詞：Goodrive3000系列；三電平；變頻器；永磁同步電機；皮帶機

1 引言

永磁同步電機和異步電動機相比，由于不需要無功勵磁電流，因而效率高、功率因數高、力矩慣量比大、定子電流和定子電阻損耗減小，且轉子參數可測、控制性能好。

目前煤礦企業主運輸多以膠帶運輸機為主，傳統的配套模式為異步電動機驅動減速器，設備體積龐大，占用巷道空間，且減速器所用齒輪油價格高，用量大，后期維護量大，污染大。使用永磁同步電機直驅方式，提高了效率，淘汰了減速機等中間環節，利于企業的降本增效。

圖1 輸送機用永磁直驅系統

永磁同步電動機不能采用降壓啟動方式。因為在降壓供電條件下，其異步啟動轉矩下降比異步電動機大，會造成啟動困難。同步電機的起動方法主要有異步起動法和變頻起動法。異步起動使永磁同步電機加工工藝更為復雜，機械強度更差，而變頻起動對變頻器的性能和質量有較高的要求。Goodrive3000系列中壓變頻器是英威騰公司自主研發的三電平同步異步電機控制一體變頻器，廣泛應用于煤礦行業永磁同步電機的驅動控制，以優異的性能和穩定性得到了客戶的認可。

2 應用現場設備及運行工況分析

2.1 項目簡介

位于鄂爾多斯的某大型煤礦，井田東西長10km，南北寬5.6km，面積43.51km²。煤礦采用斜井開拓方式，設計生產能力500萬噸/年的現代化礦井。該礦井新建南郊皮帶為永磁直驅，皮帶機的永磁電機使用英威騰Goodrive3000系列中壓變頻器驅動。

2.2 現場設備參數（如表1所示）

表1 電機技術參數

2.3 現場工況示意

現場包含一臺控制箱，受控設備為3臺BPJ-800/1140礦用隔爆兼本質安全型變頻器（GD3000-01-800G-12機芯）、3臺同步機及配套水冷設備，被控于皮帶保護箱。應用于該煤礦南郊主運皮帶，實現3臺變頻器的同步運行及集中管理和電機水冷系統的監控。三臺變頻器通過CAN通訊進行主從控制，控制箱內使用高性能PLC與3臺變頻器進行DP通訊，可以實時監控變頻器狀態，并可以通過控制箱調整變頻器主從機的參數設置。

圖2 永磁同步直驅皮帶機驅動方案

3 變頻器配置方案

3.1 Goodrive3000系列中壓變頻器特性

（1）技術創新

英威騰Goodrive3000系列變頻器是一款高性能通用矢量變頻器，采用三電平的硬件拓撲結構，可用來控制交流異步感應電機和永磁同步電機，可以滿足不同電機的工作模式。同時，該產品采用優異的矢量控制技術，功能更優化，應用更靈活，性能更穩定。

·Goodrive3000系列中壓變頻器，逆變采用三電平拓撲結構，使用較低耐壓的功率器件，直接應用于更高電壓等級的主回路拓撲技術，可避免器件串聯引起的動態均壓問題，同時降低輸出諧波和du/dt；

·采用高速DSP+FPGA雙核心處理器，具備更快的運算速度，更高的控制精度；采用優異的矢量控制技術，功能更優化，應用更靈活，性能更穩定；

·采用定制疊層銅排，減小線路雜散電感，緊湊化模塊化設計，體積小且易維護；

·母線采用薄膜電容設計，耐壓能力高，絕緣電阻極高，耐紋波能力強，可靠性高，損耗極低，發熱少，整機壽命長；

·采用主從控制策略，實現多機功率平衡；

·集同步機、異步機控制于一體，兼容性高；

·電機運行更加平穩，減少因輸出波形非正弦造成的機械振動，緩解軸電流對電機軸承的電腐蝕，延長電機壽命；

·輸出諧波顯著降低，大幅仰制變頻器引起的傳導，輻射干擾，具備優良EMC特性。

3.2 DP控制方案

配置EC-TX103通訊卡，將變頻器連接到PROFIBUS網絡。在PROFIBUS網絡上，變頻器為從屬設備。通過EC-TX103通訊卡，可以完成如下功能：

·向變頻器發出控制命令（啟動、停止、故障）；

·給變頻器發送速度或轉矩給定信號；

·從變頻器中讀取狀態值和實際值；

·修改變頻器參數值。

3.3 變頻器選型

結合現場實際，選型如表2所示：

表2

4 客戶現場具體使用效果

4.1 現場使用效果

該煤礦三套變頻器使用英威騰Goodrive3000系列產品，現已調試完畢，運行安全可靠。從運行測試效果來看，系統啟動電流低、啟動轉矩大，在投入運行至今，系統可靠性高，操作簡單，且能夠與礦井自動化系統相接，提高了生產效率。真正實現了皮帶機的重載啟停和功率平衡。

·實現了皮帶運輸機系統的軟起動、軟停止；

·解決帶式輸送機重載軟啟動，減少機械和電氣沖擊；

·降低設備的維護量；

·變頻器可調整電機工作于5％~100％額定帶速范圍內的任意帶速長期工作，提高了皮帶檢修效率；

·實現三臺電機的動態功率平衡；

·實現永磁電機直接驅動皮帶滾筒，節省減速箱、液力耦合器等設備，降低系統成本并提高可靠性。

4.2 運行效果

現場實測設備運行波形如圖3所示。

圖3 現場變頻器運行電流

4.3 結語

綜上所述，英威騰Goodrive3000系列中壓變頻器驅動永磁同步電機完全滿足煤礦井下皮帶機系統負載控制要求，在皮帶機應用中表現出很好的調速性能、高可靠性、高啟動轉矩、良好的功率平衡、極低的維護量和維護成本等優勢，提高了煤礦井下運輸系統的自動化程度。同時在國家大力提倡節能減排的大環境中，大力推進變頻器及永磁同步電機在皮帶機上的應用具有積極的社會意義和現實意義。

隨著對行業的進一步深入了解，英威騰將會推出更多性能優越的產品，為礦山行業的客戶提供更安全可靠、值得信賴的解決方案，助力客戶創造更大的價值。

摘自《自動化博覽》2020年6月刊