双电机驱动的带式输送机变频控制研究

武恩光

(汾西矿业高阳煤矿，山西 孝义 032300)

带式输送机是煤炭生产过程中常用运输设备，随着矿井生产能力的提升，大功率、长距离的大型带式输送机在矿机中应用逐渐广泛[1～2]。大型带式输送通常采用双驱动电机，但是由于输送机自身结构特点，双电机驱动启动时存在启动电流偏高、耗时长、电机输出功率不平衡等问题，给输送机正常使用带来一定影响[3～5]。为了解决双电机启动带式输送机使用过程中存在的问题，确保电机输出功率、运转速度平衡，文中提出了一种组合式变频控制系统，用以对驱动电机进行控制，提升电机工作可靠性及稳定性。

1 组合式变频控制概述

组合式变频控制方式是通过整流器将井下1140V交流电转换成1600V直流电，为两逆变器提供的电源。控制器依据带式输送机预先给定的转速，驱动电机电压、电流以及转速等，采用直接转矩控制方法计算得出脉冲宽度调制(PWM)波形。变频控制系统通过PWM波来对输出的电压、频率、电流等进行分配，从而实现对两台驱动电机功率进行控制，确保两台驱动电机输出的功率、运转速度平衡。

2 组合式变频控制方法

采用组合式变频控制最终目的是实现驱动双驱动电机输出功率平衡，这就需要两台驱动电机在工作时的转速(w1、w2)相同、工作时的转矩(te1、te2)相同，具体组合式变频工作时控制方法见图1。

图1 组合式变频工作时控制方法

从图中可以得出，采用的组合式变频控制方法是对转矩控制方法进行优化，从而使得驱动电机可以跟随带式输送机控制系统预先设定的运转速度进行闭环控制，从而可以确保两台驱动电机输出的转矩、转速同步。组合变频控制系统可以主动分配电磁转矩原因主要是主、从驱动电机PI运算会得到的总转矩与带式输送机运行时总负载转矩一致，而总负载转矩为一已知定值，若主驱动电机输出转矩降低或者增加，会导致整个电机驱动系统输出的转矩降低或增加。

在实际控制使用中，主、从驱动电机转速PI运算获取给定转矩，随后与电磁转矩获取到的转矩值进行比对，若主、从驱动电机获取到的转矩存在偏差，就主动进行调整。如，当从驱动电机转矩与主驱动电机转矩间偏差超过设定值时，就主动增加从驱动电机输出转矩。通过采取该控制方式可以实现主、从驱动电机输送转矩主动调节，确保两台驱动电机正常运行时输出的扭矩差值在允许范围内，避免驱动电机不协调导致带式输送机运行出现故障。

3 仿真分析

采用Matlab软件对组合控制方法以及传统控制方法下的带式输送机双驱动电机控制效果进行比对。仿真模拟电机实际运行工况，具体模拟的驱动电机运行工况见表1、模拟仿真给定的驱动系统运行条件见表2。模拟仿真时间为10.0s，系统每隔10-5s采样一次。构建的仿真模型见图2。

表1 驱动电机运行工况

表2 仿真驱动系统给定条件

图2 仿真模型

具体仿真得到得到主、从驱动电机转速、转矩分布图见图3。为了便于分析结果，将仿真得到主、从驱动电机运转速度、电流以及转矩提取的数据进行分析，具体见表3。

图3 驱动电机转速、转矩波形分布图

表3 模拟仿真数据

从表3可以看看出，带式输送机驱动系统有不平稳启动阶段(0s～0.2s)、两次加速阶段(0.2s～0.6s、2.5s～3.6s间)、减速阶段(7.5s～8.0s)平稳运行阶段(0.6s～2.5s、3.6s～5.0s、5.0s～7.5s、8.0s～10.0s)。

在0～0.2s间的不稳定启动阶段内，启动电机启动初期的电流值较高，转速、转矩值均为0，在控制中增设限流环节，从而启动的粘剂的最大变电流值为600A；驱动电机在0.2s～0.6s、2.5s～3.6s两个空载器加速，在加速阶段内主、从驱动电机转速、输出的扭矩同步；驱动电机在7.5s～8.0s为减速阶段，在此阶段内主、从驱动电机的电流、电压及转矩等均平衡；驱动电机在0.6s～2.5s、3.6s～5.0s阶段为空载平稳运行期，在5.0s～7.5s、8.0s～10.0s阶段为加载平稳运行期，在此阶段内主、从驱动电机的转速、转矩也平衡。

从仿真结果看出，无论带式输送机处于空载、加速、减速以及平稳运行等阶段，采用组合式变频控制方法均可以保证双驱动电机间的转矩、转速平衡。驱动电机在启动、加速等阶段时的启动电流、加速电流以及转矩波动均处于合理范围内。

4 现场应用分析

将组合式变频控制方案应用到山西某矿1608运输巷输送皮带上，该皮带输送距离为2500m，采用双电机驱动方式。为了便于工作人员对驱动电机工作状态监测，开发了一种可以直观对输送机运行状态进行监控系统，具体显示界面见图4。

图4 监控系统显示界面

采用的组合式变频控制方案可以实现带式输送机驱动电机的功率、转速平衡控制，降低输送机驱动电机在启动过程中对供电电网造成的冲击，且可以在一定程度上提升带式输送机运行稳定性。

5 总结

1)煤矿井下环境恶劣，长距离带式输送机是最为常用的运输设备。文中提出一种双驱动电机变频驱动控制系统，主要包括有一台整流器、两台逆变器，该变频驱动控制系统占地面积小，对促进带式输送机平稳运行有一定的促进作用。文中研究主要得到以下结论：

2)模拟仿真得出组合变频驱动控制系统可以提升带式输送机驱动电机的启动、运行平稳性，启动时驱动电机电流值为600A，启动耗时1.5s，显著低于常规的变频控制方式；驱动电机在启动、加速、减速以及平稳运行等阶段内的出转速、转矩等保持平衡。