【演講致辭】提升機(jī)高壓變頻電控模版課件

1、 礦井主提升機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置 Jiaozuo Huafei Electronic & Electric Co.,Ltd.焦作華飛電子電器工業(yè)1、概述 礦山提升機(jī)是礦井生產(chǎn)的咽喉，對(duì)礦井的生產(chǎn)及平安起著非常重要的作用。 傳統(tǒng)大多數(shù)礦井提升機(jī)普遍使用交流繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)，上述調(diào)速方式技術(shù)落后，且運(yùn)行效果差，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生大量的能耗；占地面積大；控制電路復(fù)雜，接觸器、電阻器、繞線電機(jī)電刷等容易損壞，啟動(dòng)電流大，運(yùn)行不平穩(wěn)，噪聲大，嚴(yán)重污染環(huán)境。 淮北礦業(yè)集團(tuán)公司朔里礦副井原有提升電控系統(tǒng)采用交流繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng),其高壓、低頻換向裝置，是70年代投入運(yùn)行的，型號(hào)為

2、CG5150N/63，使用到至今，缺陷突出表現(xiàn)在：屬于有級(jí)調(diào)速，低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，啟動(dòng)電流和電阻切換時(shí)電流沖擊大，加減速時(shí)振動(dòng)大，電氣制動(dòng)性能差。并存在以下問題：1朔里礦副井提升高度，根據(jù)?煤礦平安規(guī)程?第424條規(guī)定：立井罐籠提升最大速度不得超過v=0.5=7.66 m/s，原提升速度為，不符合?煤礦平安規(guī)程?規(guī)定，屬重大平安隱患。從等速段過渡到減速段的切換過程中，出現(xiàn)失控區(qū)；升降人員和重物下放時(shí)，易造成減速段超速，平安回路動(dòng)作，緊急停車。3整個(gè)系統(tǒng)調(diào)速性能差，機(jī)械沖擊大。4高壓低頻換向裝置,型號(hào)為CG5150N/63，技術(shù)落后，可靠性差，噪音大；機(jī)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)點(diǎn)多，工作量大。 隨著電

3、氣傳動(dòng)技術(shù),尤其是變頻調(diào)速技術(shù)的開展,單象限高壓變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)根本成熟。研制提升機(jī)高壓大功率四象限變頻調(diào)速裝置，使提升機(jī)在整個(gè)運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)無極變頻調(diào)速，擴(kuò)大交流提升機(jī)應(yīng)用范圍，提高電控裝備水平。 目前，高壓變頻裝置尚未在煤礦3m以上副井提升機(jī)上使用。我公司研制開發(fā)的HFGP型礦井提升機(jī)四象限高壓變頻調(diào)速裝置，在朔里礦副井提升機(jī)上使用，成功解決了以上問題。2、主要問題研究、目標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)礦井提升機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)如下：負(fù)載變化大，運(yùn)行工況復(fù)雜，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。頻繁啟停，正反轉(zhuǎn)交替運(yùn)行，恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)；調(diào)速性能平滑，范圍寬，精度高，恒轉(zhuǎn)矩低速爬行時(shí)需求速度平穩(wěn)。系統(tǒng)保護(hù)齊全，平安可靠，符合?煤

4、礦平安規(guī)程?要求。典型礦井提升機(jī)電機(jī)速度曲線如以下圖: 從速度曲線上看，一個(gè)提升周期為70秒，分為加速、等速運(yùn)行、減速、低速爬行、停機(jī)五個(gè)過程。為了滿足?煤礦平安規(guī)程?要求，必須降低等速運(yùn)行的速度，要求提升機(jī)在19秒內(nèi)從OHz上升到運(yùn)行。又在13秒內(nèi)提升機(jī)從額定轉(zhuǎn)速降到運(yùn)行，提升系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，減速過程中將產(chǎn)生80%額定功率的能量回饋。2.2 對(duì)提升機(jī)高壓變頻器的技術(shù)要求 礦山提升機(jī)是煤炭企業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，要求高壓變頻器具有極高的可靠性。特別是對(duì)于副井提升，一方面用于提升人員，另一方面負(fù)載變化大。提升機(jī)對(duì)變頻器要求有以下主要特點(diǎn)：1要求技術(shù)先進(jìn)，可靠性高，適應(yīng)惡劣的使用環(huán)境；2要求能實(shí)現(xiàn)四象

5、限運(yùn)行，解決能量回饋，電氣減速或重物下放時(shí)變頻器將再生電能送向電網(wǎng)；3啟動(dòng)力矩、低頻力矩、加速力矩、制動(dòng)力矩有嚴(yán)格要求。 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩2倍以上，150%額定電流以下連續(xù)運(yùn)行，200%額定電流一分鐘保護(hù)。要求有完善的數(shù)字控制功能。4調(diào)速性能平滑，范圍寬，精度高，恒轉(zhuǎn)矩低速爬行時(shí)需求速度平穩(wěn)，并滿足多速度等級(jí)長(zhǎng)期運(yùn)行。2.5 關(guān)鍵技術(shù)1引入單元串聯(lián)多電平高壓變頻調(diào)速技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無級(jí)調(diào)速，及多速度等級(jí)平穩(wěn)運(yùn)行。2采用轉(zhuǎn)子帶速度反響的矢量控制技術(shù)。在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定位坐標(biāo)下電機(jī)定子電流分解成勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩電流。維持勵(lì)磁電流不變，控制轉(zhuǎn)矩電流也就控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩。3功率單元利用IGBT進(jìn)行同步整流，同步整流控制

6、器實(shí)時(shí)檢測(cè)單元電網(wǎng)輸入電壓，利用鎖相控制技術(shù)得到電網(wǎng)輸入電壓相位，控制整流逆變開關(guān)管所構(gòu)成的相位與電網(wǎng)電壓的相位差，便可控制電功率在電網(wǎng)與功率單元之間的流向。矢量控制高壓變頻礦井提升機(jī)創(chuàng)新點(diǎn)主要有兩點(diǎn)：1在功率單元串聯(lián)高壓變頻器技術(shù)根底上，首先采用矢量控制技術(shù)，攻克了功率單元串聯(lián)的矢量控制技術(shù)這一難題，從而使得系統(tǒng)具有較高的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩控制性能，矢量控制技術(shù)由于實(shí)現(xiàn)了電機(jī)勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩電流之間的解耦，電機(jī)轉(zhuǎn)矩易于控制，因而實(shí)現(xiàn)了礦井提升重載起動(dòng)，且與傳統(tǒng)提升機(jī)相比，獲得同樣的轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的電機(jī)電流小。2實(shí)現(xiàn)功率單元同步整流技術(shù)，在功率單元串聯(lián)型高壓變頻器內(nèi)，首先采用功率單元同步整流，解決了電網(wǎng)電能與

7、變頻器之間能量雙向傳遞這一技術(shù)難題，提升情形下，同步整流從電網(wǎng)中吸取電能通過電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，提升重物，快速制動(dòng)或重物下降時(shí)電機(jī)處于發(fā)生電狀態(tài)，電機(jī)將機(jī)械轉(zhuǎn)換成電能注入功率單元，此時(shí)同步整流電路將注入的電功率單元輸送給電網(wǎng)，系統(tǒng)處于發(fā)電狀態(tài)實(shí)現(xiàn)了能量回饋這一功能。3、系統(tǒng)工作原理矢量控制原理 在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定位坐標(biāo)下電機(jī)定子電流分解成勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩電流。維持勵(lì)磁電流不變，控制轉(zhuǎn)矩電流也就控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩。電機(jī)轉(zhuǎn)速采用閉環(huán)控制。實(shí)際運(yùn)行中給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值通過PID調(diào)節(jié)生成轉(zhuǎn)矩電流IT。經(jīng)過矢量變換將IT、IM變換為電機(jī)三相給定電流Ia*、Ib*、Ic*，它們與電機(jī)運(yùn)行電流相比較生成三相驅(qū)動(dòng)

8、信號(hào)?？刂圃砜驁D如圖：主電路1、隔離變壓器：隔離變壓器為輸入6000V，輸出580V的移相變壓器，為每個(gè)單元單獨(dú)提供動(dòng)力電源；2、功率單元：每個(gè)功率單元是一個(gè)獨(dú)立的變頻器，即可以為電機(jī)提供變頻后的電源，有可以通過控制，實(shí)現(xiàn)有源逆變，能量在單元內(nèi)實(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)。圖為6kV系列每相六單元串聯(lián)輸入電流實(shí)錄波形，電流峰值120A，幾近完美的正弦波。圖輸入電流波形 變頻器輸出是將多個(gè)三相輸入、單相輸出的低壓功率單元串聯(lián)疊波得到。如額定輸出580VAC功率單元六個(gè)串聯(lián)時(shí)產(chǎn)生3450V相電壓相輸出Y接，中性點(diǎn)懸浮，得到驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的可變頻三相高壓電源。以下圖為6kV變頻器系列的電壓疊加示意圖。 圖為6kV六

9、單元變頻器輸出的Uab線電壓波形實(shí)錄圖，峰值電壓為。因?yàn)殡姍C(jī)電感的濾波效果，輸出電流波形更優(yōu)于電壓波形，圖即為輸出電流Ia的實(shí)錄波形圖，峰值電流130A。電壓等級(jí)數(shù)量的增加，大大改善了變頻器的輸出性能，輸出波形幾乎接近正弦波。圖3.6 輸出線電壓波形圖3.7 輸出電流波形3.3 功率單元功率單元由功率單元本身和濾波環(huán)節(jié)組成：1、濾波環(huán)節(jié)：由Y型接法的電容和三相電抗器組成；2、功率單元本身：由快熔、緩沖環(huán)節(jié)、同步整流和有源逆變環(huán)節(jié)、直流環(huán)節(jié)、單元逆變輸出環(huán)節(jié)組成。功率單元處于同步整流狀態(tài)的波形功率單元處于有源逆變狀態(tài)的波形3.4 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)：1、控制器：為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心局部，擔(dān)負(fù)著SP

10、WM波形的計(jì)算、輸出、單元通訊、局部信號(hào)的檢測(cè)等重要任務(wù)；2、接口板：主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量和模擬的輸入輸出，負(fù)責(zé)外部保護(hù)；3、人機(jī)界面：對(duì)控制器下達(dá)工作指令，顯示變頻器狀態(tài)產(chǎn)品特性1、變壓器由于采用36脈沖移相整流技術(shù)，因此輸入側(cè)功率因素高且波形畸變??；2、由于采用單元串聯(lián)技術(shù)，PWM移相控制，因此變頻器輸出階梯電壓波形，輸出電流諧波很?。?、因采用矢量控制技術(shù)，電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，能保證200%額定轉(zhuǎn)矩輸出1分鐘；4、速度閉環(huán)控制從而使得低速運(yùn)行平穩(wěn)；5、變頻器具備額定功率能量回饋能力，被控電機(jī)可實(shí)現(xiàn)急起急停。5、設(shè)備改造方案及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程設(shè)備改造方案 全數(shù)字高壓變頻提升機(jī)電控系統(tǒng)，采

11、用1臺(tái)高壓變頻調(diào)速裝置構(gòu)成變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過各類傳感器采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，配合主控臺(tái)完成所有的提升工藝控制和保護(hù)功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有變頻調(diào)速和轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速兩套設(shè)備，可以互相切換，以便于設(shè)備維修和提高系統(tǒng)可靠性。JTDK-GBP提升機(jī)電控系統(tǒng)對(duì)老設(shè)備改造的原理框圖主要運(yùn)行方式備用運(yùn)行方式現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)參數(shù)(淮北朔里礦) 電機(jī)：6kV/630kW 減速機(jī)：11.5 滾筒：直徑3米 井深：米 最大提升速度：米 加速時(shí)間：14秒 減速時(shí)間：13秒 該套變頻調(diào)速電控系統(tǒng)于2006年10月3日，在朔里礦副井安裝完成。整套高壓變頻調(diào)速電控系統(tǒng)包括一臺(tái)新高壓開關(guān)柜、一臺(tái)新老系統(tǒng)切換柜、一臺(tái)電機(jī)切換柜、一套高壓變頻器

12、。為了確保平安可靠，變頻調(diào)速系統(tǒng)與原調(diào)速系統(tǒng)互為備用，隨時(shí)可以切換，新老系統(tǒng)均用原操作臺(tái)控制?？刂葡到y(tǒng)調(diào)整情況： 朔里礦副井井筒罐道為組合罐道，絞車在正常停車位置啟動(dòng)后，罐籠從穩(wěn)罐道脫離穩(wěn)罐道長(zhǎng)度5米后，進(jìn)入組合罐道以及罐籠在井底從組合罐道脫離進(jìn)入穩(wěn)罐道時(shí)，銜接時(shí)如速度過高容易產(chǎn)生振動(dòng)以及絞車在停車時(shí)，由于閘的空行程停車瞬間對(duì)絞車也容易產(chǎn)生振動(dòng)。為防止上述情況采用了相應(yīng)方案處理。 通過操作臺(tái)PLC編程控制FX2N-4DA輸出，從而控制變頻器在整個(gè)運(yùn)行過程中的運(yùn)行頻率。在啟動(dòng)時(shí)前4米內(nèi)頻率控制為速度為；加速段頻率從，速度從，加速時(shí)間13秒；減速段頻率從，速度從降到，減速時(shí)間14秒，確保在距井底5

13、米內(nèi)速度降到，接近井口1米頻率，速度降為。整個(gè)運(yùn)行曲線如下：現(xiàn)場(chǎng)拍攝的速度圖如下：用變頻器的運(yùn)行圖用老系統(tǒng)的運(yùn)行圖通過以上偏移控制，絞車整體運(yùn)行非常平穩(wěn)。7、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 朔里礦副井電控系統(tǒng)改造成變頻調(diào)速后，克服了原系統(tǒng)的缺陷，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 使交流提升機(jī)實(shí)現(xiàn)了無級(jí)調(diào)速，可以與直流調(diào)速性能相媲美，提高了提升機(jī)技術(shù)裝備水平。2解決了提升最大速度超標(biāo)的平安隱患。(3) 有良好的調(diào)速性能，調(diào)速精度高。(4)啟動(dòng)及加速過程沖擊電流小，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。(5)四象限運(yùn)行，節(jié)電效果顯著，據(jù)實(shí)測(cè)可到達(dá)30%以上。(6)降低了運(yùn)行噪聲，改善了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境；自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單。 (7)變頻電控系統(tǒng)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)

14、試方便。 (8)諧波含量低，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高。幾種調(diào)速方式的比較電阻調(diào)速缺點(diǎn)調(diào)速不穩(wěn)耗電量大故障率高有失控區(qū)優(yōu)點(diǎn)設(shè)備初建造價(jià)低廉幾種調(diào)速方式的比較直流12脈動(dòng)優(yōu)點(diǎn)能連續(xù)調(diào)速轉(zhuǎn)矩特性好節(jié)能性能優(yōu)缺點(diǎn)設(shè)備繁多諧波污染功率因數(shù)電機(jī)維護(hù)幾種調(diào)速方式的比較高壓變頻高壓變頻調(diào)速方案優(yōu)點(diǎn)能連續(xù)調(diào)速轉(zhuǎn)矩特性好節(jié)能性能優(yōu)設(shè)備最少諧波污染功率因數(shù)電機(jī)維護(hù)對(duì)比內(nèi)容高壓變頻 直 流 交 流（轉(zhuǎn)子串電阻）調(diào)速特性 連續(xù) 連續(xù) 有級(jí)使用維護(hù)量 小 大 大安全性能 良好 良好 差運(yùn)行效果 良好 良好 差節(jié)電效果 好 好 差使用設(shè)備量 4臺(tái) 12臺(tái) 7臺(tái)建筑面積 小 大 大系統(tǒng)造價(jià) 適中 適中 低對(duì)比內(nèi)容高壓變頻 直 流 交

15、流（轉(zhuǎn)子串電阻）外部接口 少 多 多安裝調(diào)試 易 中 復(fù)雜狀態(tài)顯示 清晰 清晰 簡(jiǎn)單事故分析 易 中 難進(jìn)線諧波 小 中 無出線諧波 小 中 無功率因數(shù) 高 低 高技術(shù)性能 高 中 低以上比照依據(jù)1、高壓變頻使用鼠籠電機(jī)，直流使用他勵(lì)式電機(jī)，交流使用繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)。2、電機(jī)功率按1000kW選擇，電網(wǎng)為6000V供電，設(shè)備為常規(guī)配置。礦井提升機(jī)不同調(diào)速方案的性能比照8、結(jié)論 本高壓變頻電控系統(tǒng)適用于礦山交流提升機(jī)老式電控系統(tǒng)改造及新提升機(jī)電控系統(tǒng)配置，提高了礦山提升機(jī)調(diào)速控制技術(shù)和裝備水平。在高壓變頻器技術(shù)根底上，成功應(yīng)用矢量控制及同步整流技術(shù)，讓系統(tǒng)不僅具備優(yōu)越的轉(zhuǎn)矩控制性能，而且能實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)動(dòng)

16、慣量快速制動(dòng)及重物下放所帶來的大功率能量回饋。該高壓變頻調(diào)速電控系統(tǒng)不僅提高了礦山交流提升系統(tǒng)的平安性和可靠性，確保了提升機(jī)高質(zhì)量運(yùn)行，而且其技術(shù)性能到達(dá)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速范圍驅(qū)動(dòng)，是交流提升機(jī)電控系統(tǒng)開展的方向，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著。 JTDK-GBP提升機(jī)高壓變頻電控系統(tǒng)構(gòu)成主控臺(tái)變頻調(diào)速柜JTDK-GBP提升機(jī)高壓變頻電控系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)控制部分傳動(dòng)局部 控制回路采用操作臺(tái)式結(jié)構(gòu)，除位置、速度、壓力、溫度、電流等必要的信號(hào)采集傳感器和終端執(zhí)行設(shè)備外， 所有控制回路均裝到操作臺(tái)中。常規(guī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中原來附設(shè)的控制柜(屏)、測(cè)速發(fā)電機(jī)、給定自整角機(jī)和凸輪板、磁放

17、大器、交流穩(wěn)壓電源、后備保護(hù)、信號(hào)屏、溫度檢測(cè)儀、平安回路動(dòng)作記憶、松繩煤位繼電器、反轉(zhuǎn)滑繩保護(hù)裝置等全部不再需要，大大簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,也減少了故障產(chǎn)生的幾率和維護(hù)工作量。JTDK-GBP變頻調(diào)速柜 采用單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)技術(shù)，具有AFE能量回饋特性的矢量控制型四象限變頻技術(shù)，直接驅(qū)動(dòng)鼠籠電動(dòng)機(jī)形成電控系統(tǒng)。具有類似和優(yōu)于直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)良機(jī)械特性，具有接近于1的功率因數(shù)和大于95的能量轉(zhuǎn)換效率，節(jié)能效果非常顯著。不僅使提升機(jī)運(yùn)行過程獲得優(yōu)良條速性能，而且使用維護(hù)簡(jiǎn)單，整機(jī)效率高，是提升機(jī)電控系統(tǒng)開展的方向。各功率單元全部一樣，如有故障十幾分鐘可更換好。節(jié)能統(tǒng)計(jì)測(cè)量時(shí)間提升勾數(shù)總耗電量單勾耗電量24小

18、時(shí)696774010.6924小時(shí)67448007.12 以該礦年產(chǎn)100萬噸煤計(jì)算，年可節(jié)約60萬度電33.40%現(xiàn)場(chǎng)條件 ： 1、容器裝載能力：6T有定量裝載設(shè)備； 2、車房供電單獨(dú)計(jì)量； 3、測(cè)量時(shí)間2006年10月15日8點(diǎn)-10月16日8點(diǎn)共頻運(yùn)行， 2006年10月13日8點(diǎn)-10月14日8點(diǎn)變頻運(yùn)行。電機(jī)型號(hào)：YR143-39-12電機(jī)功率：630KW電機(jī)電壓：6000V電機(jī)電流：繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)動(dòng)力制動(dòng)GBP系列高壓變頻器節(jié)能比較焦作局九里山礦主井設(shè)備運(yùn)行效果 5、改善提升機(jī)運(yùn)行的平安性：用于礦井提升工況時(shí)下能有效消除減速失控區(qū)，消除了因失控區(qū)存在引起超速造成的不平安隱患。2、連續(xù)平穩(wěn)調(diào)速：使用變頻調(diào)速后，整個(gè)運(yùn)行過程實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速。6、設(shè)備使用現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作簡(jiǎn)單換單元5分鐘、控制器15分鐘1、傳動(dòng)設(shè)備從6臺(tái)減少到2臺(tái)，最大程度的簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng),降低綜合造價(jià)(基建+設(shè)備+維護(hù))。4、低速大轉(zhuǎn)矩、能量回饋效率高，節(jié)電大于30%，設(shè)備運(yùn)行本錢低。3、輸出正弦性好，對(duì)電動(dòng)機(jī)和電纜長(zhǎng)度無要求JTDK-GBP提升機(jī)高壓變頻器電控裝置的主要優(yōu)點(diǎn)6、用低壓功率器件形成高壓變頻調(diào)速設(shè)備 2、高質(zhì)量電源輸入和完美的輸出性能，滿足國(guó)家電網(wǎng)的要求。 輸入功率