Goodrive800-26系列四象限變頻器在大連港某碼頭下行皮帶機上的應用

文:深圳市英威騰電氣股份有限公司 王建祥2022年第二期

 1 下行皮帶機及其運行原理

  1.1皮帶機的組成

  皮帶輸送機主要由輸送帶、支承托輥、驅動裝置、制動裝置、張緊裝置、改向裝置等部分組成(圖1)。

  

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  圖1 皮帶機示意圖

  1.2皮帶機工作原理

  皮帶機的工作原理是皮帶機通過驅動輪轂,靠摩擦牽引皮帶運動,皮帶通過張力變形和摩擦力帶動物體在支撐輥輪上運動。皮帶是彈性儲能材料,在皮帶機運行和停止時都儲藏著大量的勢能,這就決定了皮帶機在啟動和停車時應該采用軟啟動和軟停車的方式。

  1.3發電動機四象限工作運行分析

  電機運行在第一、三象限時為電動態,其定子中的旋轉磁場、電機的輸出電磁轉矩與轉子的轉向同向,電機輸出的電磁轉矩是轉子的驅動力矩,此時電機從電網吸收的電能大部分有電磁轉矩作用到轉子上以機械能形式輸出。當電機運行在第二、四象限時為再生態,由于轉子切割磁力線的方向發生了改變,故電機作用到轉子上的帶電磁轉矩方向也發生改變,成為轉子的制動阻力力矩;此時電機轉子被負載的合成力矩拖著以超過同步轉速的速度轉動,負載作用在皮帶機的驅動輪轂上的機械能有電機反饋回電網。變頻器驅動三相異步電機工作在四個象限的示意圖如2所示。

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  圖2 電機工作在四個象限的示意圖

  2 大連港某碼頭介紹以及下行皮帶機參數

  2.1大連港某碼頭介紹

  大連港是中國東北地區承接進口礦石的主要港口。位于大孤山半島的大連港某碼頭公司擁有國內最大、最先進的30萬噸級礦石專用卸船泊位,吃水-23米,可靠泊目前世界上所有適航的散礦運輸船舶。其轉水碼頭前沿水深-18.6米,接卸船型卸船為2萬噸級并具備15萬噸級船舶清倉作業能力,裝船為1~7萬噸級。

  2.2下行皮帶機參數,見表1

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  表1     下行皮帶機參數表

  3 下行皮帶機變頻器方案

  3.1 負載電機參數與變頻器選型

  現場皮帶機電機參數設置如表2所示。

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  變頻器選型參數設置如表3所示。

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  3.2 變頻器主回路方案

  主回路主要由用戶開關QF、變頻器輸入主斷路器QF1、緩沖接觸器KM4、主回路接觸器KM1、LCL濾波器、整流單元、逆變單元以及輸出電抗器幾部分組成(圖3)。

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  圖3 系統主回路原理圖

  3.3 啟動和停車波形

  皮帶機空載啟動,從輸出轉矩曲線判斷,皮帶機停止時由于皮帶機存在慣性,電機處于臨界發電狀態(圖4)。

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  圖4 啟動時監測波形

  停機時增加了直流制動,停機采用安全停機SS1指令,在100%轉矩制動后,逆變輸出持續10s轉矩保持。在100%流量4000t/h時停機穩定,不存在下溜情況(圖5)。

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  圖5 增加直流制動皮帶停止時監測波形

  4 運行數據以及效益分析

  4.1 數據分析

  試驗運行數據

  由現場皮帶機運行數據不難看出,基本處于1000t/h流量時,電機就處于發電狀態,發電功率隨著負載增加而增加。

  4.2 效益分析

  根據目前運行狀態,大連港某碼頭某堆場下行號皮帶機年運行300天,12小時工作制。滿載80%,半載20%工作時間,可以產生的直接效益為:

  300x12x80%x100x1+300x12x20%x35x1=31.32萬元

  (電費按照1元/kW.h)

  注:以上計算以實際工況為準,僅供參考。

  采用變頻器驅動皮帶機帶來的間接效益包括:

  •   變頻器軟啟動可以降低機械沖擊:

  過大的沖擊轉矩往往造成電動機轉子籠條、端環斷裂和定子端部繞組絕緣磨損,導致擊穿燒機;轉軸扭曲;軸節、傳動齒輪損傷等;

  •   變頻器軟啟動可以降低電網沖擊:

  過大的起動電流(空載起動電流可達額定電流的4~7倍,帶載起動時可達8~10倍或更大),會造成電網電壓下降,影響其他用電設備的正常運行,還可能使欠壓保護動作,造成設備的有害跳閘。同時,過大的起動電流會使電機繞組發熱,從而加速絕緣老化,影響電機壽命;

  •   變頻器軟停止可以降低對生產設備造成沖擊:

  起動過程中的受力突變往往造成生產設備(皮帶)縮短使用壽命,影響傳動精度,甚至影響正常的過程控制。

  5 結束語

  大連港某碼頭某堆場下行皮帶機采用英威騰GD800-26系列四象限變頻器后,既保證了皮帶機運行穩定,又將下行皮帶機這種特殊負載產生的能量反饋回了電網,同時也解決了皮帶機運行中的軟啟動、軟停止問題。由現場的應用表明,利用先進的英威騰GD800-26四象限變頻器,能夠可靠、高效、穩定地拖動下行皮帶機,可大大提高皮帶機控制的自動化程度,降低現場的維護工作量,給港口、碼頭等企業帶來可觀的經濟效益,值得推廣。

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