國電常州發電廠3#輸煤皮帶機，皮帶總長2015m，采用3電機驅動，電機1為主電機，電機2和電機3為從電機，電機功率為420kW，皮帶寬1.8m，帶速3.5m/s，額定卸煤出力3840t/h。布局示意圖如圖1所示。

圖1  國電常州發電廠3#皮帶機布局示意圖

電機通過液力耦合器和減速器帶動滾筒，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，在皮帶機停止和運行時都儲存有大量勢能，這就決定了皮帶機的啟動時應該采用軟啟動的方式。

HARSVERT-VA系列高壓變頻器是由北京利德華福電氣技術有限公司生產。該系統為電壓源型高壓變頻器，具有運行穩定、調速范圍廣、輸出波形好、輸入電流諧波低、功率因數高、效率高等特點。其拓撲結構如圖2所示。其控制方式采用先進的無速度傳感器矢量控制方式，控制精度高，響應速度快，可將電機的勵磁電流和轉矩電流解耦，提高系統的功率因數，具體控制原理如圖3所示。

               
 

圖2  HARSVERT-VA系列高壓變頻器拓撲結構
 

圖3  HARSVERT-VA系列高壓變頻器矢量控制示意圖

從電動機定子檢測的三相電流經“三相靜止/兩相靜止（）”的坐標變換，變換成和；從電動機定子檢測的三相電壓經“三相靜止/兩相靜止（）”的坐標變換，變換成和，其中下標s表示定子量。和、和四個量經過“轉子磁鏈觀測器”的計算，可以得到轉子磁鏈角度（由它確定轉子的位置）和轉速估計值。和經“兩相靜止/兩相旋轉（）”的坐標變換，變換成和。將“轉速給定值”與“轉速估計值”經過比較后的值，通過“PI調節器”產生的“轉矩給定”值，再經“k”計算后，產生了轉矩電量分量；由“轉速估計值”確定“磁鏈給定”，并經過“”的計算后，產生了電流分量。轉矩電流分量和計算得出的經過比較后，再通過“PI調節器”產生的值，與軸解耦補償電壓值比較后，得出兩相旋轉坐標系下的轉矩電壓分量；勵磁電流分量和計算得出的經過比較后，再通過“PI調節器”產生的值，與軸解耦補償電壓值比較后，得出兩相旋轉坐標系下的勵磁電壓分量。產生d-q坐標系上定子電壓設定值和，再經過“兩相旋轉/兩相靜止（）”的坐標變換，產生定子電壓的設定值和。和為直接控制變頻器的電壓值。
 

   4.1控制方案

為了實現皮帶機的重載軟啟動和3臺電機平衡出力，采用主從方式的矢量控制方式。1#、2#和3#變頻器分別控制電機1、電機2和電機3，控制系統圖如圖4所示

圖4  電機驅動皮帶機的變頻器控制方案

1#變頻器工作方式為恒頻率輸出，作為主變頻器，2#和3#變頻器工作方式為恒轉矩輸出方式，作為從變頻器，主變頻器控制從變頻器的運行，實現三臺電機協調驅動整個皮帶機，出力均衡，運行穩定。具體為，現場控制臺只對1#變頻器發送指令，通過4-20mA信號給定需要的轉速，通過開關節點控制1#變頻器的啟動和停止；1#變頻器接收到啟動指令后，開始啟動，同時啟動2#變頻器和3#變頻器，并計算電機1的輸出轉矩，以4-20mA模擬量信號的方式將電機1的輸出轉矩送到2#和3#變頻器。2#和3#變頻器按照1#變頻器給定的轉矩，恒轉矩驅動皮帶機。

4.2運行效果

（1）真正實現了皮帶機系統的軟起動。運用變頻器的軟起動功能，將電機的軟起動和皮帶機的軟起動合二為一，通過電機的慢速起動，帶動皮帶機緩慢起動，將皮帶內部貯存的能量緩慢釋放，使皮帶機在起動過程中形成的張力波極小，幾乎對皮帶不造成損害。

（2）低速大轉矩輸出實現了皮帶機平穩的重載起動。由于輸煤系統的特殊性，皮帶機在運輸過程中時刻都有可能重載停機，然后再重新啟動。皮帶機傳統的控制方式有時不具有重載起動的能力，這就需要人工減少皮帶機上的負載再重新啟動，延誤了原煤運輸的時間，同時也給皮帶機的管理帶來額外的工作量，增加了維護人員的勞動量。HARSVERT-VA系列變頻器采用了無速度傳感器矢量控制方式，自動轉矩補償，啟動平滑，皮帶機重載起動時可實現低速大轉矩。

（3）實現皮帶機3電機驅動的功率平衡。應用變頻器對皮帶機進行驅動時，采用主從控制，實現功率平衡。在國電常州發電廠3#輸煤皮帶為3×420KW電機驅動，采用主從控制后，輕載時主從電機電流相差2A左右，滿載時相差1A左右，實現了皮帶機多電機驅動時的功率平衡。

（4）利用變頻器的軟起動功能皮帶機的軟起動，起動過程中對機械基本無沖擊，也大大減少了皮帶機系統機械部分的檢修量。

采用HARSVERT-VA系列變頻器來改造傳統的輸煤皮帶機驅動系統，不僅增加了設備的自動化程度還帶來了很大的經濟效益。徹底解決了皮帶機的重載軟啟動和多電機平衡出力的問題，改善了生產工藝，延長設備了設備檢修周期，隨著變頻技術的進一步發展，電廠輸煤皮帶機變頻器改造勢在必行。