多电机驱动的带式输送机的传动控制

The Drive Control of Belt Conveyer Driven By Multi-Motor 
上海杰诣通用电器有限公司厉无咎
Shanghai Jieyi General Electric Inc. Wujiu Li 
内容摘要：
本文阐述了多电机驱动带式输送机传动的特点，分析了采用变频器控制多电机同步传动的方案；以及结合美国最大的North Antelope 煤矿一个15000 吨的储煤仓带式输送机软起动控制系统分析了BENSHAW 公司采用MVRSM 型带转速反馈控制的高压固态软起动器的解决方案，文章指出这种固态软起动器方案既能做到各电机协调工作不超载，使带式输送机平滑起动，皮带中不会产生过大的张力，又远比变频器方案便宜，实是带式输送机传动的一种性价比最佳的解决方案。Digest：
The paper expatiate on the features of belt conveyer, analyze a multi-motors synchronously driven by inverters scheme; and combining with the application example of a belt conveyer of 15,000 Ton Storage Silos in North Antelope—the American largest Coal Mine, the paper analyze Benshaw’s solution method—adopt MVRSM type solid state soft starters with speed feed back control. The paper point out that with this solid state soft starter solution we can not only start the belt conveyer smoothly but also make all motors work cooperatively without overload and there is no exorbitant tension in the belt. Its price is far lower than inverter’s solution. Therefore the solid state soft starter solution is optimized in performance/price ratio.    
关键词：固态软起动器，带式输送机，皮带输送机，传动控制，皮带张力控制，交流调速，变频调速。Key words：Solid State Soft Starter, belt conveyer, drive control, belt tension control, speed adjustable AC drive, frequency adjustable drive. 
我们在“单电机驱动的带式输送机的传动控制”一文中已经讨论过带式输送机对传动系统的要求，并且通过分析各种传动控制方法后认为采用具有转矩闭环控制和转速反馈闭环控制功能的固态软起动器是最佳选择，并且美国Benshaw 公司已具有这种固态软起动器，在实际中已得到广泛的应用。
多电动机驱动的带式输送机除了要考虑一般单电机驱动的带式输送机的要求，例如起动时皮带的负荷变化范围很大，皮带不要受到很大的张力突变等，还要解决各电动机起动和运行时的同步和负载平衡。国内有很多皮带运输机，起动时常常发生其中一台电动机过载跳闸的情况，甚至造成电动机或皮带等机械设备损坏的情况，就是由于各电动机负载极不平衡引起的。
当然，如果带式输送机的每台交流电动机都用矢量控制型的变频器来控制，组成如图1 所示系统具有最好的工作性能。图1 中示出的是二台电动机驱动的带式输送机控制系统。由于二台电动机由同一条皮带联接在一起，因此它们有相同的速度，如果速度不同，则皮带必定发生打滑。在本系统中速度反馈给变频器1 的速度调节器构成速度闭环系统，其速度调节器的输出除了给自身的电流调节器作电流给定值外，同时也给变频器2 的电流调节器作为电流给定值，因此可以保证二台变频器输出相同的电流给各自的电机，从而保证二台电机负荷平衡。如果变频器带有能耗制动电阻，那么这样的系统还适合于向下倾斜的带式输送机。向下倾斜的带式输送机在停车时，由于重力作用，电动机要回送能量给变频器系统，因此变频器要接上制动单元和制动电阻，才能工作。
电流给定
 
 
图1 2 台电动机驱动的带式输送机采用变频器控制的方案
变频器驱动带式输送机固然是一种技术先进的方法，但成本太贵。是否有既能满足带式输送机技术要求，成本又较便宜的方法呢？美国Benshaw 公司的RSM 系列（中压为MVRSM 系列）由于具有速度反馈控制和电流闭环控制功能，所以能解决多电机驱动的带式输送机的控制问题。
下面就来介绍美国Benshaw 公司采用RSM 和MVRSM 系列固态软起动器的解决方案。North Antelope Coal Mine 是美国最大的煤矿，它有一个15000 吨的储煤仓，采用72 英寸宽的皮带将煤输送到煤仓中（见图2）。这条皮带输送机由3 台4160V 1250Hp 的电动机驱动，每台电动机都采用一台Benshaw 公司的MVRSM－4160V－1250Hp 中压固态软起动器驱动，其系统图示于图3 中。
 

 
 
图2 
AC 4160V 
 
图3 三台中压电动机驱动的带式输送机采用Benshaw 公司MVRSM 型固态软起动器的控制方案
 
 
图3 系统中，所有电动机采用相同型号的电动机，具有基本相同的机械电气性能。每台电动机都用一台MVRSM 型带速度反馈闭环控制的固态软起动器控制。系统中只装了一台测速机（速度编码器）ST，它输出频率与速度成正比的脉冲，由于各软起动器要共享同一速度反馈信号，所以速度反馈信号需送到一个频率/电压变换器FVC，它把速度反馈脉冲变换为0～5V 或0～20mA 的信号。其输出信号经过三个信号隔离器SI1～SI3， 分别送到固态软起动器的速度反馈输入端。当然，如果系统中采用三台速度编码器作速度反馈信号用，那么在每个速度编码器的输出各接一个频率/电压变换器也是一样的。但要特别注意的是MVRSM 软起动器的速度反馈信号必须保证在0～7V 内，如果信号超过7V 则会给MVRSM 的速度控制板造成永久性损坏。
MVRSM 固态软起动器的速度闭环控制框图示于图4 中。由于速度控制闭环的存在，它可以保证被控电机的速度能够跟随给定速度。如果被控电机速度远小于给定速度，则速度调节器会输出最大电流，让电动机以最大电流