1 引言

对应于煤矿的特殊生产条件，有时，煤的产量是极不均匀的，当然皮带机系统的运煤量也是不均匀的，在负载轻或无负载时，皮带机系统的高速运行对机械传动系统的磨损浪费较为严重，同时电能消耗也较低速运行大得多，但因生产的需要皮带机系统又不能随时停车，采用单独的控制系统对前级运输系统的载荷、本机运输系统的载荷进行分别测量，这样可控制变频器降速或提前升速。对于载荷不均的皮带机系统，可节约电能、降低皮带的磨损。高压变频器主从控制系统可以实现四驱皮带机系统的良好调速。启动时间延长，实现皮带机系统软启动，大大降低对带强的要求，减少设备初期投资[1]。实际应用中，由于降低了启动冲击，机械系统的损耗也随之降低，尤其托辊及滚筒寿命大大延长。

2 高压变频器、四驱皮带机控制系统

2.1 高压变频器系统结构

高压变频器系统结构如图1所示，将系统电网电压输入连接到高压变频器的移相变压器上，移相变压器将电网输入电压转换为独立的三相690V电压，给每个功率单元供电。移相变压器的作用：第一是将电网的高压降低为低压，给每个功率单元供电；第二是移相变压器采用延边三角形结构，使单元的输入电压进行移相，这样就减小了对电网的谐波无污染，为真正的完美无谐波；第三是给每个功率单元提供独立的电源，可以使单元进行级联。高压变频器有完善的控制系统，其主控系统采用高速DSP为控制核心，控制算法完全数字化，主控箱与功率单元采用高速光纤通讯，主控将PWM波信号通过下行通讯光纤传递给每个功率单元，每个功率单元通过相应单元的保护动作通过上行通讯光纤上传给主控系统。主控产生的PWM信号为载波移相后的PWM信号，这样就可以将单元级联后输出的电压谐波减小。

图1 高压变频器系统结构

功率单元级联输出电压采用自动稳压技术，单元输入母线电压高时，输出调制波相应减小，单元输入母线电压低时，输出调制波相应增加，这种技术可以解决由于负载不平衡导致母线电压不一致，从而出现输出电压不平衡的问题。

2.2 四驱皮带机系统

四驱皮带机系统是由四个电机同时驱动一条运煤皮带。两个电机同时连接在同一个滚筒，然后在进行皮带系统的软连接。

图2 四驱皮带机系统结构

在上图2中，实现四台电机同时驱动一条皮带系统运行时，主机为驱动1号电机的高压变频器，驱动3号电机变频为从机，3号电机和1号电机为不同组之间又为皮带连接，通过电机驱动的滚筒进行皮带连接。2号电机和1号电机为同轴连接，3号电机和4号电机为同轴连接，此连接方式为同时连接在同一个滚筒之上。皮带连接有皮带弹性，又为柔性连接，同时连接在同一个滚筒上，又称刚性连接。柔性连接调整不能过快，刚性连接需要响应速度快，此系统中既有柔性连接又有刚性连接，系统控制比较复杂。

2.3 功率平衡

主从功率平衡技术需要每台高压变频器驱动电机系统时对电机进行有功电流的分离，将异步电机运行时有效分离出的有功电流传输给主机控制系统。主机控制系统进行有效控制。

从输出电流中准确分离出有功电流需要知道当前电机转子磁链的角度。高压变频器采用模型参考自适应的方式准确获取电机转子磁链的角度。

图3 模型参考自适应框图

一个模型参考自适应系统如图3所示，应包含着两种模型，分别为参考模型和可调模型，这两个模型有着相同物理意义的输出量，不同的是参考模型不含待估参数，而可调模型含有对应的待估参数。其基本思想为：参考模型与可调模型的输出和状态性能指标通过反馈比较器得到误差方程，构造合适的自适应律，使得可调模型的控制对象能够跟随参考模型的动态响应，从而实现自适应实时调节。通过模型参考自适应估计器估算出转子角度θ。

电机三相电流反馈iu、iv、iw经传感器采样，然后再根据转子位置电气角度θ进行Clarke变换和Park变换输出ids、iqs，ids为励磁电流，用于异步电机工作时提供磁场。iqs为有功电流，为电机实际做功电流，用于功率平衡控制。

主从功率平衡控制，采用无感矢量控制技术，在图2中，驱动1号电机的高压变频器的主机工作在速度模式，后台操作时只需要向驱动1号电机的高压变频器发送开机、停机、调频等命令，主机协同控制整个系统，所有从机工作在转矩模式，主机将所有从机传来的有功转矩电流进行计算得出转矩指令，发送给所有从机，从机根据转矩指令进行运行。2号电机和1号电机为同轴连接，3号电机和4号电机为同轴连接，同轴连接响应速度快。1号电机和3号电机之间的协同控制调整速度慢，整个系统得以稳定运行。

图4 现场四驱皮带机运煤系统稳定运行

整个四驱控制系统算法在现场得到很好的验证，现场稳定运行如图4所示。

3 结束语

高压变频器多机主从控制，在输煤等皮带机现场得到很好的应用验证，具有运行稳定、良好调速、功率平衡等优点。由于降低了启动冲击，机械系统的损耗也随之降低，尤其托辊及滚筒寿命大大延长。相信多电机驱动皮带机系统会越来越广泛，高压变频器多机主从控制会有更大的发展。