450kw皮带机变频器技术性能

4500KW皮带机变频器驱动技术说明

一、需求分析
 皮带机的正常起／停控制
皮带机的空载起动对驱动设备没有较多的要求，一般来讲皮带机空载起动在工艺要求各条皮带机的起动有一定的顺序性——依次起动，皮带机的正常的停车控制也要求有一定的顺序性，这点通常可通过PLC控制实现。另外，空载起动时针对大功率电机存在直接投网时对电网的冲击问题；
 皮带机带载运行中的问题
针对负载的频繁扰动产生的负载均衡的问题（以头、尾驱动方式为例）
在皮带机头、尾同时驱动的情况下，由于物料频繁下落时对皮带机产生的扰动，因此要求头部和尾部的两个驱动装置能有较好的负载分配能力——以主—从方式构成速度—速度或速度—转矩的同步调节，另外，针对频繁的负载变化也要求两驱动设备在转矩和速度的调整上有一定的快速性，从而减少皮带的振动；机械共振问题
皮带机在进行速度调整（加速或减速）的过程中，往往要经历产生机械共振的速度范围，为避免机械共振对设备产生的影响，
要求驱动设备在速度控制上最好能避过或跨越该速度段；
 运行中紧急停车
一般来讲紧急停车可能是由电网波动和突然掉电引起的，皮带机带载运行中的紧急停车会对皮带机系统造成严重的损坏，带载状态下的皮带机当带速急速下降时会因动应力波的作用使皮带产生振动，要解决这一严重的动力学问题，要求在电网波动和突然掉电时驱动设备不是立刻停止运行而是能继续拖动皮带机缓慢停止从而缓解应力波对皮带机的影响；
 皮带机重载起动
皮带机的重载起动是一个较复杂的过程，
简单来讲就是要求驱动设备能做到“缓慢起动”。因为皮带机上承载的物料在重力作用下会使处于静止中的皮带各部位承受不同的张力，另外皮带机系统中的各个机械部位的齿轮也会因静止状态下物料的作用产生间隙，所以在这种状态下如果要起动皮带机，首先要求驱动设备能在低速状态下产生较大的起动转矩；其次，要求驱动设备在低速状态下先将处于松弛状态的皮带绷紧，使皮带各部位的张力分配均匀后——皮带自身产生一定的“钢性”从而拖动负载达到一定的运行速度，还有驱动设备以较低的速度先将齿轮咬合可以缓解机械冲击，延长机械设备的寿命；
 对应不同工况的带速调整
运量变化及检修——有时由于工艺的调整，通常要求在驱动皮带机的设备能对皮带机的带速进行较灵活调整从而实现运量的改变，另外，在系统检修时也要求皮带机能以一个较低的速度运行，以便于检修作业，这些都要求驱动设备对皮带机的带速能进行较灵活的调整；

二、变频器选型
 变频器选型如下：
ACS800-07-0610-7+B054+E208+E205+F250+Q951+K454+L502+L509+G300+NLWC-05

K454—ProfibusDP现场总线适配器 L502—脉冲编码器适配器L509—DDCS通讯适配器 G300—柜体加热器
NLWC-05—5米长光纤

三、皮带机驱动方式简述
 变频器系统原理简述
变频器是针对电机控制研发的专用设备，经过几十年的发展无论从控制技术上还是设备的整体稳定性上来讲变频器现已成为非常成熟产品，一般通用型交流 采用的控制方式也有很多种，
现今公认传动设备都是电压源型交—直—交结构，的最先进的控制方式是DTC直接转矩控制技术。此外，由于变频器本身带有很丰富的软件功能以及较灵活的通讯能力，因此，变频器完全能解决主—从控制中负载均衡及皮带机运行中的其它问题，使用变频器驱动皮带机已经在很多工程中广泛使用。

下图是由2台变频器构成的主—从结构的驱动系统图

减速箱

主—从控制方式

变频器初期的设备投入较高；
能实现非常精确的速度和转矩控制；
维修、维护量少；
能实现速度调整控制；
对负载变化的响应速度非常快；
针对主—从控制方式可以实现较精确的同步控制；设备起动对电网冲击较小；
可以完全解决皮带机起动、停车及运行中的相关问题；设备的维修简单；
系统的整体效率高；
节能效果好；

四、液力耦合器、CST及变频器在皮带机驱动中的综合对比表：

五、ABBACS800－07大功率系列传动产品的特点
ABB公司的ACS800－07系列传动产品是在ACS600系列传动产品的基础上研发的，电压等级在690V以下，功率范围覆盖45－2800KW，与ACS600系列传动产品相比ACS800－07系列传动产品无论在硬件上还是在软件上都有较大的改变因而大幅度提高了系统特性，硬件上ACS800－07系列传动产品具有如下特性：
世界级的产品标准符合CE标准、UL标准、加拿大UL标准； 内含交流电抗器达到最好的保护和最低的谐波；
超长的设备寿命直流电容器的寿命超过100，000小时、风机的运行寿 命超过60，000小时；
不同的防护等级、带涂层的电路板可适用于各种工况的需要；
逆变侧的功率器件采用高集成度的IGBT模块使传动设备的结构更紧凑； 采用最先进的控制技术——DTC直接转矩控制技术；
内置多种可选件I/O扩展模块、总线适配模块、编码器接口模块、光纤 接口、EMC滤波器、制动斩波器等；
ACS800—07系列传动产品丰富的软件功能：
 可编程软件功能：
控制信号监视
控制盘丢失
外部故障
电机热保护
堵转
欠载
电机缺相
接地故障保护
电流和转矩限幅
危险频率段的设置
启动预紧控制

预编程的软件功能： 过流
DC过压
DC欠压

功率板过温

短路

电源缺相

环境过温

功率限止

六、DTC直接转矩控制技术在皮带机驱动上的优势
DTC（DirectTorque Control）直接转矩控制这种控制思想，是由德国鲁尔大学的Depenbrock教授在1985年提出的，DTC的控制原理简单来讲就是利用空间矢量以定子磁场定向的分析方法，直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学

模型，计算异步电动机的磁链，通过离散的两点式调节器将异步电动机的实际转

矩值与给定值作比较，使异步电动机的转矩波动保持在一定的容差范围内。由于DTC的控制结构简单，控制信号处理的物理概念明确，控制上除定子电阻外的所有异步机参数变化的鲁棒性好，因此DTC技术在控制异步电动机上具有转矩响应速度快且无超调等特点，是一种具有高静、高动态性能的交流调速控制方式。

ACS800系列传动产品全面采用DTC技术在皮带机上的应用优势：
无与伦比的转矩特性——最大200%的电机额定转矩、启动预紧控制、S型启动与停车控制、转矩阶跃响应时间<5ms、不带码盘的精确转矩控制、零速满转矩、直接转矩控制；
无与伦比的速度控制——不带编码器时：静态速度误差±0.1 to 0.5 % 动态速度误差0.4%sec，带编码器时：静态速度误差±0.01 动态速度误差0.1%sec； 超低的噪音——由于ACS800使用模糊控制技术，采用随机PWM技术因此没有固定的开关频率从而消除了电机的高频噪声。另外，ACS800磁通优化模式决定了电机噪音中没有令人讨厌的啸叫声；
超长的控制距离——大于ACS800-07-0760-7的传动，电机电缆长度可达到500米；
电机不受限制可适用于标准异步电动机；

七、450KW皮带机变频器驱动解决方案
 方案概述
450KW皮带机的驱动建议选用ABB公司生产的ACS800690V的传动产品，对于ACS800系列传动产品的特点前面已经有较为详细的介绍，这里就不再叙述了。作为这一电压等级的传动产品ABB公司生产的ACS800系列传动产品最大功率可以做到2800kw，另外对于450kw这一电压等级的设备选用中压（6kv或10kv）交流传动设备无论是设备本身的造价还是在系统稳定性上与690v的设备相比都相差较多，因此我们建议选用电压等级为690v的ACS800系列传动设备。

 选用低压ACS800690V传动设备的方案特点 1、ACS800具较高的性价比
技术成熟，设备运行稳定性高
2、高投资回报率
节能效果显著短期收回投资
3、灵活控制方式
优化速度提高生产力

调速以适应不同的生产能力
4、更低的维护、用工成本
可以快速简便改变传送带的状态
可远程监视运行时速度的大小
几乎不用对传动设备的功率元件进行维护
ACS800690V传动产品具有极高的可靠性
5、延长系统整体使用寿命
平缓的加速有效降低对传送带的冲击（降低20%的速度可以提高机械部 件一倍的寿命）
降低传送带和机械部件的磨损
减少服务，提高系统的可靠性
胶带的安全系数可降低,但安全性能不变
6、ACS800690V传动产品有较低的运行费
将功率消耗减低到最小化
工作效率高95%
功率因数高98%以上
7、ACS800690V传动产品能更好的利用电网
降低启动电流，减少冲击
有效避免进线电压的跌落
无需无功补偿
非常低的谐波

整流单元脉冲数 12

电源连接
3相供电电压: U71N= 525－690V± 10%
频率: 48…63Hz
最大变化率为: 17%/S
短路能力（IEC629）： 65KA1s
不平衡度： 最大为电网额定线电压的3%
基波功率因数： COSØ 1 = 0.95 (额定负载下)
效率： 在额定功率下大于98%
电网类型： 浮地电网
电机连接
3相输出电压： 0…U71N
电机控制软件： ABB的直接转矩控制(DTC)，系统应用软件频率控制： 0…± 300 Hz
频率分辨率： 0.01Hz

开环<5ms(在额定转矩下)
闭环<5ms(在额定转矩下)
非线性：
开环±4%(在额定转矩下)
闭环±1%(在额定转矩下)
速度控制： 静态精度：
开环10%(电机滑差)
闭环0.01%(额定速度)
动态精度：
开环0.3…0.4%s(100%转矩阶跃)
闭环0.1…0.2%s(100%转矩阶跃)
冷却方式： 内部风机，流通方向为：从底部流向顶部。

防护等级： IP42
柜体颜色： RAL7035