深圳市英威腾电气股份有限公司

摘要：新型永磁材料的出现大大促进了永磁同步电机的发展，其优越的性能和节能效果，已广泛应用到多个领域，尤其是高电量用户的厂矿企业。英威腾Goodrive3000系列中压变频器作为永磁同步电机驱动在煤矿井下带式输送机有着广泛的应用和良好的口碑。

关键词：Goodrive3000系列；三电平；变频器；永磁同步电机；皮带机

1 引言

永磁同步电机和异步电动机相比，由于不需要无功励磁电流，因而效率高、功率因数高、力矩惯量比大、定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好。

目前煤矿企业主运输多以胶带运输机为主，传统的配套模式为异步电动机驱动减速器，设备体积庞大，占用巷道空间，且减速器所用齿轮油价格高，用量大，后期维护量大，污染大。使用永磁同步电机直驱方式，提高了效率，淘汰了减速机等中间环节，利于企业的降本增效。

图1 输送机用永磁直驱系统

永磁同步电动机不能采用降压启动方式。因为在降压供电条件下，其异步启动转矩下降比异步电动机大，会造成启动困难。同步电机的起动方法主要有异步起动法和变频起动法。异步起动使永磁同步电机加工工艺更为复杂，机械强度更差，而变频起动对变频器的性能和质量有较高的要求。Goodrive3000系列中压变频器是英威腾公司自主研发的三电平同步异步电机控制一体变频器，广泛应用于煤矿行业永磁同步电机的驱动控制，以优异的性能和稳定性得到了客户的认可。

2 应用现场设备及运行工况分析

2.1 项目简介

位于鄂尔多斯的某大型煤矿，井田东西长10km，南北宽5.6km，面积43.51km²。煤矿采用斜井开拓方式，设计生产能力500万吨/年的现代化矿井。该矿井新建南郊皮带为永磁直驱，皮带机的永磁电机使用英威腾Goodrive3000系列中压变频器驱动。

2.2 现场设备参数（如表1所示）

表1 电机技术参数

2.3 现场工况示意

现场包含一台控制箱，受控设备为3台BPJ-800/1140矿用隔爆兼本质安全型变频器（GD3000-01-800G-12机芯）、3台同步机及配套水冷设备，被控于皮带保护箱。应用于该煤矿南郊主运皮带，实现3台变频器的同步运行及集中管理和电机水冷系统的监控。三台变频器通过CAN通讯进行主从控制，控制箱内使用高性能PLC与3台变频器进行DP通讯，可以实时监控变频器状态，并可以通过控制箱调整变频器主从机的参数设置。

图2 永磁同步直驱皮带机驱动方案

3 变频器配置方案

3.1 Goodrive3000系列中压变频器特性

（1）技术创新

英威腾Goodrive3000系列变频器是一款高性能通用矢量变频器，采用三电平的硬件拓扑结构，可用来控制交流异步感应电机和永磁同步电机，可以满足不同电机的工作模式。同时，该产品采用优异的矢量控制技术，功能更优化，应用更灵活，性能更稳定。

·Goodrive3000系列中压变频器，逆变采用三电平拓扑结构，使用较低耐压的功率器件，直接应用于更高电压等级的主回路拓扑技术，可避免器件串联引起的动态均压问题，同时降低输出谐波和du/dt；

·采用高速DSP+FPGA双核心处理器，具备更快的运算速度，更高的控制精度；采用优异的矢量控制技术，功能更优化，应用更灵活，性能更稳定；

·采用定制叠层铜排，减小线路杂散电感，紧凑化模块化设计，体积小且易维护；

·母线采用薄膜电容设计，耐压能力高，绝缘电阻极高，耐纹波能力强，可靠性高，损耗极低，发热少，整机寿命长；

·采用主从控制策略，实现多机功率平衡；

·集同步机、异步机控制于一体，兼容性高；

·电机运行更加平稳，减少因输出波形非正弦造成的机械振动，缓解轴电流对电机轴承的电腐蚀，延长电机寿命；

·输出谐波显著降低，大幅仰制变频器引起的传导，辐射干扰，具备优良EMC特性。

3.2 DP控制方案

配置EC-TX103通讯卡，将变频器连接到PROFIBUS网络。在PROFIBUS网络上，变频器为从属设备。通过EC-TX103通讯卡，可以完成如下功能：

·向变频器发出控制命令（启动、停止、故障）；

·给变频器发送速度或转矩给定信号；

·从变频器中读取状态值和实际值；

·修改变频器参数值。

3.3 变频器选型

结合现场实际，选型如表2所示：

表2

4 客户现场具体使用效果

4.1 现场使用效果

该煤矿三套变频器使用英威腾Goodrive3000系列产品，现已调试完毕，运行安全可靠。从运行测试效果来看，系统启动电流低、启动转矩大，在投入运行至今，系统可靠性高，操作简单，且能够与矿井自动化系统相接，提高了生产效率。真正实现了皮带机的重载启停和功率平衡。

·实现了皮带运输机系统的软起动、软停止；

·解决带式输送机重载软启动，减少机械和电气冲击；

·降低设备的维护量；

·变频器可调整电机工作于5％~100％额定带速范围内的任意带速长期工作，提高了皮带检修效率；

·实现三台电机的动态功率平衡；

·实现永磁电机直接驱动皮带滚筒，节省减速箱、液力耦合器等设备，降低系统成本并提高可靠性。

4.2 运行效果

现场实测设备运行波形如图3所示。

图3 现场变频器运行电流

4.3 结语

综上所述，英威腾Goodrive3000系列中压变频器驱动永磁同步电机完全满足煤矿井下皮带机系统负载控制要求，在皮带机应用中表现出很好的调速性能、高可靠性、高启动转矩、良好的功率平衡、极低的维护量和维护成本等优势，提高了煤矿井下运输系统的自动化程度。同时在国家大力提倡节能减排的大环境中，大力推进变频器及永磁同步电机在皮带机上的应用具有积极的社会意义和现实意义。

随着对行业的进一步深入了解，英威腾将会推出更多性能优越的产品，为矿山行业的客户提供更安全可靠、值得信赖的解决方案，助力客户创造更大的价值。

摘自《自动化博览》2020年6月刊