一种应用于防爆高低压变频器的多功能拖动功率平衡装置的制作方法

本实用新型涉及一种应用于防爆高低压变频器的多功能拖动功率平衡装置。

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背景技术：
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带式输送机运行较为可靠，在一些连续运行的生产单位发挥了十分重要的作用，例如煤矿以及水泥等单位。带式输送机的动力消耗较低，阻力较小，且生产率较高，能够有效的降低成本。但是随着生产扩能，效率提高，带式输送机增宽加长，极大的提高了运输能力，采用多机驱动的应用场合日渐普遍，例如遇到采用机头2台电机、机中2台电机、机尾2台电机驱动的长皮带的工况，由于皮带机为柔性连接负载，长皮带上每一段煤量煤流都不一样，皮带的坡度也不一样，皮带机的机械连接也有差别，这就造成了多机变频驱动同时运行时，电机出力不一致，导致电机电流偏差大，严重时会烧毁电机、拖断轴承等事故。目前普遍的做法是利用PLC采集驱动变频器主机的运行参数，通过光钎网络将主机的转矩、转速、电流传输至从机变频器处理，但是皮带驱动系统里PLC处理工作量大，通讯资源紧张，转矩、转速、电流这些数据要求速度快，PLC处理能力不足，变频器多机驱动控制系统又多了一个中间环节，所以实际应用效果不是适应所有现场工况。

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技术实现要素：
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本实用新型针对这些问题，结合大型煤矿煤炭运输生产的特点，研发一套应用于变频器多机驱动的功率平衡技术，这个技术抛弃传统的PLC控制功率平衡方案。

为实现上述目的，设计一种应用于防爆高低压变频器的多功能拖动功率平衡装置，其特征在于，包括网络内的主变频器和从变频器，网络内每一变频器对应配置一块光纤同步板，各主从变频器之间采用环形通信连接结构，即每一变频器中的光纤同步板内设有单模光纤收发器U3，单模光纤收发器U3通过串行总线与变频器内主控板连接，读取变频器数据，单模光纤收发器U3内含两个相互独立的光纤发射器和光纤接收头，将数据转换为光信号，发射至网络内主从变频器。

所述单模光纤收发器U3的工作速率：0-10MHz，采用TTL电平，工作电压+5V，采用标准的SC接口，光纤是1310nm的单模玻璃光纤，最远传输距离10km。

所述单模光纤收发器U3的光纤发射接收头由U2驱动连接，设为非门。

J1端子是单模光纤收发器U3和变频器主控板相连接的端子，J1端子的19脚和20脚是主控板发射数据的引脚，比特率为2Mbps，每隔2毫秒发送一帧数据；J1端子的15脚是数据接收引脚，主变频器通过该引脚接收从变频器的运行状态信息、从变频器通过该引脚接收主变频器发送过来的命令。

光纤同步板内还设有电气隔离组件。

光纤同步板内还设有抗干扰结构。

K1实现正常工作和故障状态两种方式的投切，U2的作用驱动U3（光纤发射接收头），这里必须要选择非门，因为在不传输数据时，J1的15引脚必须是高电平。

本实用新型采用光纤同步通讯，主变频器与从变频器直接功率平衡处理，达到节能、降耗的目标。使其适用于煤矿井下皮带机、刮板机、地面皮带输送系统，提升运输能力和智能化水平。单模光纤同步板直接与变频器主控板连接，通过串行总线读取变频器数据，然后将数据转换为光信号发射至网络内其他主从变频器，网络内所有变频器都配置光纤同步板，交互一次数据只需要2毫秒就可以完成，与PLC功率平衡方案几百毫秒的响应速度相比，直接光纤同步板方案极大的提高了功率平衡系统实时响应性。

[附图说明]

图1为本实用新型原理图

[具体实施方式]

现结合附图及实施例对本实用新型的技术方案作进一步阐述，相信对本领域技术人员来说是清楚的。

如图1所示，U3是单模光纤收发器，内含两个相互独立工作的发射器和接收头，工作速率：0-10MHz，采用TTL电平，工作电压+5V，采用标准的SC接口，光纤是1310nm的单模玻璃光纤，最远传输距离10km。

J1是和变频器主控板相连接的端子，J1端子的19脚和20脚是主控板发射数据的引脚，比特率为2Mbps，每隔2毫秒发送一帧数据。如果变频器是主变频器，数据内容包括：从变频器的启停机命令、从变频器的正反转方向、从变频器的故障复位、从变频器的运行速度设定值、从变频器的转矩设定值、主变频器当前的速度与转矩值、主变频器当前的状态（停机、运行、正常、故障）；如果变频器是从变频器，数据内容包括：从变频器的状态（停机、运行、正常、故障）、从变频器的运行方向、从变频器的运行速度、从变频器输出的转矩。

J1的15脚是数据接收引脚，主变频器通过该引脚接收从变频器的运行状态信息、从变频器通过该引脚接收主变频器发送过来的命令。

U1、P1、P2的作用电气隔离，其作用有两个方面，1、保证主板不受外界干扰；2、当变频器发生故障时，变频器断电，J1端子上的5V电源就没有了，U1、P1、P2就不能工作。只要保证J2端子上有24V电，U2和U3就能正常工作。当3台以及3台以上变频器主从运行时，如果某一台发生故障，只要将发生故障的变频器主电断掉，当然J2端子一直有24V电，J3短接上，那么剩下的变频器就能正常主从工作，这样就不影响现场生产。

K1的作用就实现了正常工作和故障状态两种方式的投切，U2的作用驱动U3（光纤发射接收头），这里必须要选择非门，因为在不传输数据时，J1的15引脚必须是高电平。

本实用新型的关键技术：

(1)变频器的主从控制，要实现转速和转矩的控制，变频器就要矢量控制，或则更先进的DTC控制。

(2)皮带上的煤量实时变化，也就是变频器负载在实时变化，为了皮带机控制系统更加平稳，主从变频器的响应时间是越短越好，因此瞬时响应时间为2ms，全响应时间小于10ms。

(3)由于主从变频器之间通信采用环形通信方式，如果某台变频器发生故障，通信环就断裂了，导致其它好的变频器也不能正常主从方式工作。所以光纤通信板上必须设置正常和故障两种投切方式。

(4)抗干扰设计。变频器是一个很强的干扰源，因此在PCB布线和现场布线均要着重抗干扰设计。

本实用新型的指标如下：

额定电压：DC 5V；

传输距离：10kM；

检测周期：2ms；

工作速率：0-10MHz；

通讯速率:<2ms；

动态响应速度：控制器＜200ms，变频驱动系统＜2S；

系统功率相差度：<5%。