CN204802572U - 变频控制调速型刮板输送机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及综采工作面调速型刮板输送机技术领域，就是一种变频控制调速型刮板输送机。本实用新型采用变频技术改变电机供电电源频率，进而改变电机转速，达到调节刮板输送机速度的目的。本实用新型包括刮板输送机槽体、机头部、机尾部、链轮组件、封闭刮板链、减速器、电机，还包括变频器、主控制器、及联接电缆构成，其中主控制器与变频器通过联接电缆对刮板输送电机全程调速，电机输出轴通过联轴器与减速器输入端连接，减速器输出端直接驱动链轮组件以设定速度旋转，带动封闭刮板链把煤由机尾部运到机头部，提高了变频器运行效率，使输送机高效，节能，可靠性提高。本实用新型技术成熟，提高了设备的使用性能和煤矿的综合效益。

Description

变频控制调速型刮板输送机

技术领域

本实用新型涉及煤矿井下工作面刮板输送机，具体的说是一种变频控制调速型刮板输送机。该输送机通过主控制器2控制下的变频器1改变电机7的供电频率，进而改变电机转速，达到根据负载变化在输送机启动和运行全程对其运行速度进行实时动态调控的目的。从而使输送机更高效，节能，提高其运行的可靠性。

背景技术

刮板输送机是用于煤矿井下综采工作面的一种重要设备，承担着将采煤机采下的原煤连续不断地运往转载机，确保综采工作面的原煤连续运出的任务。

为适应刮板输送机的启动困难、运行中负载周期变化和突变交错等复杂工况需求，作为刮板输送机核心技术之一的传动装置随着科技进步也逐渐发展起来，其传动***方案一般都是：1.中小功率刮板输送机多采用双速电机直接起动方案，2.中大功率的刮板输送机大多采用液力耦合器软启动方案。这两种方案各有优点，同时也存在着其固有的问题，两者都仅针对刮板输送机重载启动问题做了工作，但由于刮板输送机的运行研究尚不全面***，对运行中负载周期变化和突变交错等复杂工况没有合适的解决办法，刮板输送机启动后的整个运输过程中都是一个固定的运行速度，轻载时造成巨大浪费，重载时不能及时调整造成运力不够，甚至负载突变冲击时设备故障停机。同时传统传动控制方案中，由于输送机在循环采煤过程中，采煤机运行方向与输送机运煤方向有相向运动和同向运动两种状态，使输送机载煤量发生周期性变化。在这两种状态下，机头尾电机输出转矩不同，电机出现一拖一拉的状态，必然对刮板链条的使用寿命造成下降。

随着科学技术水平的进步，变频传动方案已日趋成熟，具有它独有的优点：安全可靠性高，控制性能优异，具备多机协调控制能力，具备较宽的调速范围，运行效率高。同时随着对刮板输送机运行状况的深入研究与刮板输送机实践使用经验的总结归纳越来越丰富完善。变频传动我们不仅应用于刮板输送机的软启动上，还通过相关理论研究改进研制专用的变频传动设计方案适用于刮板输送机运行全过程。扩大了变频传动的应用涵盖范围，提高了利用率，真正做到节能环保，精细化调控刮板输送机全部运行过程。

发明内容

本实用新型采用专用变频传动设计方案，针对浅煤层工况研制了变频控制调速的刮板输送机。

本实用新型的目的是提供一种变频控制调速型刮板输送机，扩大了变频传动的应用涵盖范围，提高了变频器利用率，真正做到节能环保，精细化调控刮板输送机全部运行过程。

本实用新型应用多机协调控制方案，采用专用的变频传动方案，使变频控制调速的刮板输送机***化。变频控制调速型刮板输送机主要由刮板输送机槽体、机头部、机尾部和链轮组件3、封闭刮板链4、减速器5、电机7和变频器1、主控制器2及联接电缆6构成的整体。变频器1、主控制器2通过联接电缆6改变电机7同步频率实现电机7调速；电机7输出轴通过联轴器与减速器5输入端连接，减速器5输出端直接驱动链轮组件3以设定的速度旋转，带动封闭刮板链4把煤由机尾部运到机头部。

其中变频器1由机头变频器和机尾变频器两部分共同构成，变频器的核心器件为IGBT及其驱动模块，采用NPC(二极管箝位式)三电平拓扑主电路方案。其中控制机尾电机7的机尾变频器为主机，控制机头电机7的机头变频器为从机，两者采用基于Can总线的主从数据通讯的工作方式；变频器1主电路是NPC三电平拓扑结构，由整流桥、直流支撑电容、逆变桥与辅助配电设备串接组成，本实用新型整流桥由6个高压二极管组成，交流电输入电抗器L1后采用三相六脉波不控整流方案将交流电整流为直流电；直流支撑电容采用两串六并连接方式，电容耐压达1300V，并可承受119A纹波电流。保证变频器长期免维护；逆变桥采用NPC拓扑结构，每相桥臂由3个IGBT模块组成，将直流电逆变为电压和频率可调的交流电源，通过联接电缆6输出到电机的输入端，通过改变电动机定子电源频率及电压来改变同步频率实现电机调速；NPC拓扑结构关键技术在于其主电路的叠层母排设计，配合额外的缓冲吸收电路，辅以仿真计算及双脉冲测试验证，保证设备安全可靠运行。

主控制器2贯彻模块化设计理念功能分块，接口清晰，扩展性强。本实用新型采用32位DSP+FPGA+ARM协同控制方式，具备计算与实时控制能力。DSP采用嵌入式操作***，实现实时任务调度与无速度传感器矢量控制等核心算法；FPGA负责将DSP的计算结果转化为PWM脉冲，实现脉冲分配与驱动故障保护，并提供双口RAM空间供DSP与ARM交互数据；ARM负责***如RS485、以太网、USB等的接口扩展与实现，人机界面采用中文界面大屏幕真彩液晶显示屏，人机界面友好，方便直观、操作简便。

变频器1与主控制器2一起构成转矩内环、转速外环的双环基础调速***，本实用新型调速***示意图3所示，其中ASR是转速调节器，ATL是转矩控制环，INV是逆变器；PG是编码器；F/D是频率/数字变换。调速的任务是控制转速，但调速的关键是转矩控制，只有在能快速、准确控制转矩的条件下才能获得好的调速性能。转矩内环ATL控制转矩，在接收到转矩给定信号T*后，通过ATL的控制使电动机实际转矩T快速、无振荡的达到给定值，响应时间几ms到十几ms。转矩控制环的存在是高性能调速***区别于普通标量控***的标志。本实用新型转速外环核心是转速调节器ASR，是一个比例-积分(PI)调节器，输入是转速给定n*和实际值n之偏差，输出是转矩给定T*。若转速偏差n*-n≠0，在调节器积分的作用下，输出转矩给定T*就要变化，经ATL控制，电动机实际转矩T随之变化，从而改变转速，减小转速偏差，直至n*-n＝0，实现转速稳态无差。实现了机头、尾顺序起停控制。本实用新型ASR输出有最大和最小值限制，就是电动机最大转矩Tmax和最小转矩Tmin限制。

进一步，所述变频控制调速型刮板输送机具备多机协调控制能力，其中变频器1的两部分主机机尾变频器和从机机头变频器，两者间通过CAN总线通讯，具体实施方案见经转矩环负荷均衡的主从控制***(TLBS)示意图4，两套电动机的控制共用一套转速调节器ASR，其输出作为两套转矩控制环ATL1和ATL2共同的转矩给定T1*，两个转矩环促使两台电动机的实际转矩等于同一给定值，从而负荷均衡，实现了多机功率平衡控制。具体说就是主机根据用户设定的工作频率(0-50Hz)对机尾电机7进行恒转速控制，主机在带载运行过程中将输出的转矩通过数据通讯传送到从机，从机根据主机的输出转矩对机头电机7进行恒转矩控制，机头、机尾电机7输出功率得到均衡。

进一步，所述变频控制调速型刮板输送机采用变频技术改变电机供电频率，进而改变电机转速，变频器直接控制电机的转速，就减少了能源的消耗。本实用新型变频器1频率输出范围0-50Hz，调速范围达到1∶100，调速范围宽，满足调链等维护需求，可在轻载时低速运行，降低封闭刮板链4磨损。

同时针对刮板输送机应用工况，为满足长距离驱动的要求，本实用新型变频器1输出端特别设计了dv/dt电抗器L2，可将变频器输出电压变化率降低到300V/us以下，实现了长距离驱动电机，适应了变频器与所驱动电机之间的距离可达1000米的工况要求，保障变频器与电机的安全可靠运行。

进一步，所述变频控制调速型刮板输送机具备刮板机专用手动运行模式，方便调链及其它维护操作。根据输送机负载的大小通过主控制器2设置变频器1相关参数全程精细化调节输送机速度成为可能。变频器1的运行效率得到提高，配合工况需要实现输送机全程调速节能。

进一步，所述变频控制调速型刮板输送机采用电机参数辨识技术和无速度传感器矢量控制技术，执行离线参数自整定时，可在电机静止情况下，实现所需电机参数的快速准确辨识，自动完成闭环控制参数、死区补偿参数等的自动整定，整定完毕后的默认参数即可满足运行要求。具备重载软启动能力，启动转矩可达2.2倍以上，转矩控制精度高，响应速度快，无需速度传感器，且起动过程平滑无冲击，可靠性高。此外，由于电机参数受温度的影响较大，本实用新型控制软件内建立了电机热模型，实现电机绕组温度的估算，并根据电机绕组温度实现电机参数的补偿，优化电机控制性能。

进一步，所述变频控制调速型刮板输送机变频器1与主控制器2集成于同一控制箱，采用液晶显示屏操作，具备刮板输送机专用手动运行模式，方便具体操作。本实用新型采用的控制技术先进，故障保护策略完善，保障输送机设备的高性能和持续安全运行。避免断链或过载烧毁电机，延长设备使用寿命，提高生产安全性。

本实用新型具有的优点是：综合考虑了各方面的问题，并进行了针对性设计。***结构清晰，生产工艺易于实现；刮板输送机实现重载低速软启动，无电网与机械的冲击，应对不同工况实时调节刮板输送机运行速度，全程节能；可靠性高；技术先进；同时具有多机联动控制功能，实现多机运行时的功率平衡自动控制，出力均匀，带负载能力强；功率密度高，体积小，便于现场安装；模块化设计方案，功能分块、接口清晰、扩展性强，实时性好，便于装配与维护；可靠性高；本实用新型针对性设计的dv/dt输出滤波器，满足1000米的长距离驱动要求，且对电机绕组绝缘无影响；还具备刮板机专用手动运行模式，方便调链及其它维护操作。

图1本实用新型的整体布局示意图；

图2变频器1NPC三电平拓扑主电路原理示意图(二极管箝位式)；

图3为双环调速***示意图；

图4为主从控制***(TLBS)示意图；

具体实施方式

图中：1.变频器，2.主控制器，3.链轮组件，4.封闭刮板链，5.减速器，6.联接电缆，7电机，

L：输送机长度(不小于工作面长度100至350米)

Z1：整流器

L1，L2：电抗器(电容滤波)

KM2：交流接触器

D1、D2、D3、D4、D5、D6：高压二极管

ASR：转速调节器；

ATL：转矩控制环；

INV：逆变器；

PG：编码器；

F/D：频率/数字变换。

如图1所示，变频器1、主控制器2通过联接电缆6与电机7、减速器5构成刮板输送机的传动装置，传动顺序为变频器1、主控制器2+电机7+减速器4+链轮组件3；在传动装置的驱动下链轮组件3以设定的速度带动封闭刮板链4把煤由机尾运到机头，并卸载到转载机上完成刮板输送机的运输任务。主控制器2控制下变频器1可多机协调控制，其中主机机尾变频器，从机机头变频器，两者间通过Can总线通讯，变频器1与主控制器2集成于同一控制箱，采用液晶显示屏操作，具备刮板输送机专用手动运行模式，方便具体操作。变频器1采用无速度传感器矢量控制技术，通过主控制器2根据输送机工况全程精细化调节输送机机头尾电机的输出转矩。使输送机在具备重载软启动能力同时，在输送机运行过程中用户可根据负载变化实时调节输送机速度。

应当理解，以上借助优选实施例对本实用新型的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本实用新型说明书的基础上可以对实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种变频控制调速型刮板输送机，包括刮板输送机槽体、机头部、机尾部、链轮组件(3)、封闭刮板链(4)、减速器(5)、电机(7)，其特征在于，还包括变频器(1)、主控制器(2)及联接电缆(6)构成；变频器(1)、主控制器(2)通过联接电缆(6)改变电机(7)同步频率实现电机(7)调速；电机(7)输出轴通过联轴器与减速器(5)输入端连接，减速器(5)输出端直接驱动链轮组件(3)以设定的速度旋转，带动封闭刮板链(4)把煤由机尾部运到机头部；

变频器(1)由机头变频器和机尾变频器两部分共同构成，变频器核心器件是IGBT及其驱动模块，采用NPC(二极管箝位式)三电平拓扑主电路方案，其中控制机尾电机(7)的机尾变频器是主机，控制机头电机(7)的机头变频器是从机，两者采用基于Can总线的主从数据通讯的工作方式；主控制器(2)模块化设计，采用协同控制方式；

变频器(1)与主控制器(2)一起构成转矩内环、转速外环的双环调速***。

2.根据权利要求1所述的一种变频控制调速型刮板输送机，其特征在于主控制器(2)控制下变频器(1)可多机协调控制，其中主机机尾变频器，从机机头变频器，两者间通过Can总线通讯。

3.根据权利要求1所述的一种变频控制调速型刮板输送机，其特征在于变频器(1)与主控制器(2)集成于同一控制箱，采用液晶显示屏操作，具备刮板输送机专用手动运行模式，方便具体操作。