Goodrive800-26系列四象限变频器在大连港某码头下行皮带机上的应用

文:深圳市英威腾电气股份有限公司 王建祥2022年第二期

 1 下行皮带机及其运行原理

  1.1皮带机的组成

  皮带输送机主要由输送带、支承托辊、驱动装置、制动装置、张紧装置、改向装置等部分组成(图1)。

  

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  图1 皮带机示意图

  1.2皮带机工作原理

  皮带机的工作原理是皮带机通过驱动轮毂,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,在皮带机运行和停止时都储藏着大量的势能,这就决定了皮带机在启动和停车时应该采用软启动和软停车的方式。

  1.3发电动机四象限工作运行分析

  电机运行在第一、三象限时为电动态,其定子中的旋转磁场、电机的输出电磁转矩与转子的转向同向,电机输出的电磁转矩是转子的驱动力矩,此时电机从电网吸收的电能大部分有电磁转矩作用到转子上以机械能形式输出。当电机运行在第二、四象限时为再生态,由于转子切割磁力线的方向发生了改变,故电机作用到转子上的带电磁转矩方向也发生改变,成为转子的制动阻力力矩;此时电机转子被负载的合成力矩拖着以超过同步转速的速度转动,负载作用在皮带机的驱动轮毂上的机械能有电机反馈回电网。变频器驱动三相异步电机工作在四个象限的示意图如2所示。

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  图2 电机工作在四个象限的示意图

  2 大连港某码头介绍以及下行皮带机参数

  2.1大连港某码头介绍

  大连港是中国东北地区承接进口矿石的主要港口。位于大孤山半岛的大连港某码头公司拥有国内最大、最先进的30万吨级矿石专用卸船泊位,吃水-23米,可靠泊目前世界上所有适航的散矿运输船舶。其转水码头前沿水深-18.6米,接卸船型卸船为2万吨级并具备15万吨级船舶清仓作业能力,装船为1~7万吨级。

  2.2下行皮带机参数,见表1

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  表1     下行皮带机参数表

  3 下行皮带机变频器方案

  3.1 负载电机参数与变频器选型

  现场皮带机电机参数设置如表2所示。

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  变频器选型参数设置如表3所示。

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  3.2 变频器主回路方案

  主回路主要由用户开关QF、变频器输入主断路器QF1、缓冲接触器KM4、主回路接触器KM1、LCL滤波器、整流单元、逆变单元以及输出电抗器几部分组成(图3)。

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  图3 系统主回路原理图

  3.3 启动和停车波形

  皮带机空载启动,从输出转矩曲线判断,皮带机停止时由于皮带机存在惯性,电机处于临界发电状态(图4)。

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  图4 启动时监测波形

  停机时增加了直流制动,停机采用安全停机SS1指令,在100%转矩制动后,逆变输出持续10s转矩保持。在100%流量4000t/h时停机稳定,不存在下溜情况(图5)。

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  图5 增加直流制动皮带停止时监测波形

  4 运行数据以及效益分析

  4.1 数据分析

  试验运行数据

  由现场皮带机运行数据不难看出,基本处于1000t/h流量时,电机就处于发电状态,发电功率随着负载增加而增加。

  4.2 效益分析

  根据目前运行状态,大连港某码头某堆场下行号皮带机年运行300天,12小时工作制。满载80%,半载20%工作时间,可以产生的直接效益为:

  300x12x80%x100x1+300x12x20%x35x1=31.32万元

  (电费按照1元/kW.h)

  注:以上计算以实际工况为准,仅供参考。

  采用变频器驱动皮带机带来的间接效益包括:

  •   变频器软启动可以降低机械冲击:

  过大的冲击转矩往往造成电动机转子笼条、端环断裂和定子端部绕组绝缘磨损,导致击穿烧机;转轴扭曲;轴节、传动齿轮损伤等;

  •   变频器软启动可以降低电网冲击:

  过大的起动电流(空载起动电流可达额定电流的4~7倍,带载起动时可达8~10倍或更大),会造成电网电压下降,影响其他用电设备的正常运行,还可能使欠压保护动作,造成设备的有害跳闸。同时,过大的起动电流会使电机绕组发热,从而加速绝缘老化,影响电机寿命;

  •   变频器软停止可以降低对生产设备造成冲击:

  起动过程中的受力突变往往造成生产设备(皮带)缩短使用寿命,影响传动精度,甚至影响正常的过程控制。

  5 结束语

  大连港某码头某堆场下行皮带机采用英威腾GD800-26系列四象限变频器后,既保证了皮带机运行稳定,又将下行皮带机这种特殊负载产生的能量反馈回了电网,同时也解决了皮带机运行中的软启动、软停止问题。由现场的应用表明,利用先进的英威腾GD800-26四象限变频器,能够可靠、高效、稳定地拖动下行皮带机,可大大提高皮带机控制的自动化程度,降低现场的维护工作量,给港口、码头等企业带来可观的经济效益,值得推广。

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