Высоковольтный взрывозащищенный преобразователь частоты FGI успешно применяется в мощных ленточных конвейерах с прямым приводом на постоянных магнитах.

1.Введение

В ответ на требования интеллектуального строительства угольных шахт особое значение приобретает интеллектуальное управление приводами высоконапорного и мощного оборудования, такого как магистральные подземные транспортные ленточные конвейеры, скребковые конвейеры, вентиляторы и водяные насосы. Если взять в качестве примера магистральный подземный транспортный ленточный конвейер, то как основное оборудование для транспортировки угля он отличается большой производительностью, большой грузоподъемностью и длительной непрерывной работой. Хотя существующие гидравлические муфты позволяют добиться плавного регулирования скорости в определенном диапазоне, у них есть такие проблемы, как большие потери на проскальзывание, низкий общий КПД, зависимость от качества гидравлического трансмиссионного масла для регулирования скорости и большая ежедневная нагрузка на техническое обслуживание. Технология регулирования скорости с переменной частотой, обладающая такими преимуществами, как широкий диапазон регулирования скорости, высокая точность, быстрое реагирование и возможность плавного пуска, занимает важное место в существующих системах регулирования скорости. В настоящее время эта технология внедрена в некоторых подземных транспортных машинах угольных шахт, а ее уникальная функция управления «ведущий-ведомый» и большие характеристики пускового крутящего момента эффективно обеспечивают стабильную и эффективную работу транспортной машины. Практика показала, что замена гидравлических муфт на высоконапорные взрывозащищенные частотно-регулируемые устройства регулирования скорости может обеспечить более комплексное системное решение. Высоконапорное взрывозащищенное устройство регулирования частоты обладает такими характеристиками, как регулируемая скорость, малый ток, высокий пусковой момент, функция распределения нагрузки и полная защита, а в сочетании с нагрузочными характеристиками ленточного конвейера его применение на подземных ленточных конвейерах в угольных шахтах стало неизбежной тенденцией.

2. Типичные случаи высоковольтных взрывозащищенных преобразователей частоты

(1) Объяснение принципа системы

Угольная шахта Инпаньхао расположена в поселке Галаруут, уезде Усу, городе Ордос, автономном районе Внутренняя Монголия. Проектная мощность производства — 12 млн тонн в год. В системе основного ленточного транспортера на северном крыле шахты применен высоковольтный взрывозащищенный преобразователь частоты ФГИ (модель БПБЖВ2-1250/10). Входное/выходное напряжение данного оборудования составляет 10 кВ, номинальная мощность — 1250 кВт. Она спроектирована на основе каскадной топологии структуры с 8 силовыми блоками, сконфигурированными на фазу. В системе привода используется схема, в которой 4 двигателя в головной части и 2 двигателя в хвостовой части совместно приводят в движение ленточный конвейер. Применяемый в шахтах взрывозащищенный синхронный электродвигатель с постоянными магнитами и преобразователем частоты для ленточного конвейера - модель TBVF-900YC, напряжением 10 кВ, номинальной мощностью 900 кВт и номинальной скоростью 60 об/мин. Вся система привода использует архитектуру управления «ведущий-ведомый», а точная координация между шестью преобразователями частоты достигается с помощью оптоволоконной связи, что обеспечивает эффективную и стабильную работу транспортной системы.

(2) Структура системы высоковольтного взрывозащищенного преобразователя частоты

Напряжение сети 10 кВ выполняет три функции благодаря фазосдвигающему трансформатору: во-первых, он снижает входное высокое напряжение до трехфазного независимого источника питания 690 В, обеспечивая изолированное питание энергоблоков; во-вторых, входное напряжение блока сдвигается по фазе с помощью метода расширенного треугольника, образуя многоимпульсную структуру выпрямления, что эффективно снижает уровень гармонических искажений энергосистемы. Наконец, данная конструкция обеспечивает электрически изолированный независимый источник питания для каскадного соединения энергоблоков. В каскадном соединении блоков используется технология сдвига фазы несущей. За счет компенсации разности фаз соседних единичных несущих выходное напряжение приближается к синусоиде.

Система управления использует высокоскоростной DSP в качестве основного процессора и применяет полностью цифровой алгоритм векторного управления. Основной блок управления и силовой модуль взаимодействуют друг с другом посредством оптоволокна для передачи команд и обратной связи о состоянии, обеспечивая точность управления в реальном времени и помехоустойчивость системы во взрывоопасных средах.

Высоковольтный взрывозащищенный преобразователь частоты использует технологию последовательно-параллельного соединения силовых блоков. Каждый блок питания получает синусоидальную модулирующую волну от основного блока управления, генерирует выходной сигнал ШИМ после сдвига фазы несущей, а выходные сигналы напряжения каждого блока накладываются друг на друга, образуя синусоидальную волну, благодаря чему выходная форма сигнала преобразователя частоты в основном аналогична синусоиде напряжения промышленной частоты. Благодаря отсутствию необходимости в выходном фильтре, не возникает гармонических помех в работе двигателя; благодаря малому значению dv/dt изоляция двигателя и кабеля не повреждается, что подходит для обычных двигателей и кабелей, и в то же время обеспечивает электропитание двигателей на расстоянии до 5000 м. Высоковольтный взрывозащищенный преобразователь частоты угольной шахты Инпаньхао расположен в 100-метровом боковом коридоре на расстоянии 100 метров от ленточного конвейера. Благодаря практически полному отсутствию гармонических помех со стороны электросети и практически полному отсутствию гармонических помех в двигателе его называют «зеленым преобразователем частоты без гармоник».

3. Эффект от применения высоковольтных взрывозащищенных преобразователей частоты на угольной шахте Инпаньхао

(1) Действительно добиться плавного пуска ленточных конвейеров. Преобразователь частоты может выдавать крутящий момент в 2,2 раза превышающий номинальный при работе на низкой частоте. Время пуска можно регулировать в пределах от 1 до 3600 секунд, что соответствует требованиям плавного пуска ленточного конвейера при больших нагрузках.

(2) Достичь точного баланса мощности. Достичь баланса крутящего момента, когда четыре двигателя в голове и два двигателя в хвосте приводятся в действие одновременно на расстоянии 5000 метров. Коэффициент дисбаланса между каждым двигателем составляет менее 2%.

(3) Реализовать функцию онлайн-переключения. Данная система ленточных конвейеров с 6 приводами работает в режиме, когда 5 устройств работают, а 1 находится в резерве. Поддерживает функцию онлайн-входа всего инвертора. При отказе одного из 5 рабочих устройств и выходе его из строя немедленно включается резервный инвертор, который обеспечивает бесперебойную работу ленточного конвейера, а также его надежную и безопасную работу.

(4) Автоматически регулировать скорость движения ленточного конвейера. В сочетании с датчиком расхода угля скорость движения ленты автоматически регулируется в зависимости от веса груза, обеспечивая «быструю работу при большем количестве угля и медленную работу при меньшем его количестве», что значительно повышает эффективность транспортировки системы.

(5) Экономия энергии и сокращение потребления имеют значительные экономические и социальные преимущества. Благодаря использованию высокоэффективных низкоскоростных синхронных двигателей с постоянными магнитами и прямым подключением, а также отказу от редуктора, значительно повысилась эффективность системы и эффективность обслуживания. На практике плавный пуск преобразователя частоты снижает пусковые воздействия системы, а регулирование скорости в зависимости от объема угля сокращает время высокоскоростной работы системы ленточного конвейера, значительно снижая износ механических систем, таких как двигатель, ролики, ролики и ремни, а также продлевая срок службы оборудования. Это сокращает объем работ по техническому обслуживанию на месте и затраты на системное оборудование, снижает трудоемкость рабочих и значительно снижает энергопотребление двигателей, работающих на низких скоростях, по сравнению с высокими скоростями. Это имеет большое значение для экономии электроэнергии и снижения механических потерь в системе ленточного конвейера.

В настоящее время основным решением по электроснабжению преобразователей частоты в отрасли является использование мобильного трансформатора + преобразователя частоты для электроснабжения. Это не только занимает большую площадь, но и требует значительного объема работ по прокладке проводов и подключению на месте. Однако наша компания объединила трансформатор и преобразователь частоты в единую конструкцию машины, предлагая на выбор преобразователи частоты 10 кВ и 6 кВ. Это значительно сокращает требуемую площадь и объем строительных работ на месте. Высоковольтный взрывозащищенный преобразователь частоты имеет модульную конструкцию. Функциональные модули можно обновлять и обслуживать по мере необходимости, что упрощает обслуживание изделия на месте в будущем.

(2) Множество гарантий обеспечивают бесперебойную работу

Помимо функции оперативного резервирования самого оборудования, каждая фаза одного преобразователя частоты поддерживает резервирование трех силовых агрегатов. В случае неисправности какого-либо узла система может автоматически обойти неисправный узел, гарантируя, что производственный процесс не будет нарушен.

(3) Адаптивная самобалансировка нагрузки

Адаптируется к различным нагрузкам в процессе эксплуатации. Многоуровневые приводные нагрузки имеют автоматическую балансировку мощности, не требующую вмешательства человека. Поддерживает управление по принципу «ведущий-ведомый» для максимум 10 устройств.

(4) Интеллектуальный интерфейс шахтной связи

Этот интеллектуальный шахтный интерфейс связи отвечает требованиям к связи в интеллектуальных шахтах и ​​поддерживает различные методы доступа к сети, такие как оптоволокно, сетевой кабель и беспроводная связь. На угольной шахте Мэнпаньхао сетевые порты используются для связи и передачи данных в центр мониторинга данных на поверхности. Удаленный мониторинг и диагностика неисправностей: соответствующий мониторинг данных, анализ неисправностей и прогнозирование срока службы компонентов можно осуществлять с помощью ПК или приложения для мобильного телефона.