交直交變頻器在紅慶梁礦提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

交直交變頻器在紅慶梁礦提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用【摘要】本文以紅慶梁礦副井提升機(jī)電控系統(tǒng)為研究背景，闡述了提升機(jī)控制系統(tǒng)的組成與功能，研究了交直交變頻器在提升機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。該系統(tǒng)已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)得到了成功應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】交直交變頻器；提升機(jī)；PLC；直接轉(zhuǎn)矩控制0引言在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，礦井提升機(jī)系統(tǒng)的安全性與可靠性具有十分重要的地位。本文以昊華能源鄂爾多斯紅慶梁礦副井提升機(jī)電控系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究交直交變頻器在礦井提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，采用在電力和自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域全球領(lǐng)先的ABB公司生產(chǎn)的ACS6000SD型交直交變頻傳動(dòng)裝置，對(duì)電網(wǎng)無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償，無(wú)需諧波治理，具有明顯的節(jié)能效果，介紹了該電控系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用效果。1項(xiàng)目背景與電控系統(tǒng)總體構(gòu)成1.1項(xiàng)目背景紅慶梁礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，是昊華能源在內(nèi)蒙的主力礦井。其副井提升機(jī)采用JKMD5×6（Ⅲ）塔式摩擦輪提升機(jī)，提升高度為429.5m，最大提升速度為9.95m/s，采用一個(gè)特制雙層寬罐籠（尺寸7900×3900mm2）+平衡錘的方法進(jìn)行提升；其配套電機(jī)功率為3200kW，額定電壓為3150V的交流同步電機(jī)。目前，對(duì)于交流同步電機(jī)的調(diào)速方式，國(guó)內(nèi)外比較成熟的技術(shù)一種是以SIEMENS公司、徐州中礦大傳動(dòng)與自動(dòng)化有限公司為代表的三電平矢量控制技術(shù)，另一種是以ABB公司為代表的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)；鑒于直接轉(zhuǎn)矩技術(shù)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，副井提升機(jī)電控系統(tǒng)選擇以交直交變頻器為核心的提升機(jī)電控裝置。1.2系統(tǒng)構(gòu)成與功能實(shí)現(xiàn)根據(jù)紅慶梁礦副井提升機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)以及控制要求，結(jié)合當(dāng)前提升機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，考慮到提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性，制訂如下技術(shù)方案：系統(tǒng)總體由高低壓配電系統(tǒng)、交直交變頻傳動(dòng)系統(tǒng)、提升機(jī)工藝過(guò)程控制系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)、上位機(jī)監(jiān)控裝置MMI系統(tǒng)、整流變壓器及其他輔助系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)的組成如圖1所示。從圖1中可以看出，提升機(jī)工藝的實(shí)現(xiàn)通過(guò)雙PLC冗余系統(tǒng)，PLC選用SIEMENS公司S7-400型PLC，為了保證提升機(jī)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)啟停階段通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件處理，在松閘和緊閘階段，保證電控系統(tǒng)能夠提供一定預(yù)力矩，即避免發(fā)生提升機(jī)倒轉(zhuǎn)，同時(shí)避免機(jī)械沖擊；系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程診斷功能，可通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)查看現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)，幫助現(xiàn)場(chǎng)迅速分析處理發(fā)生的問(wèn)題；可以實(shí)現(xiàn)在調(diào)度中心對(duì)提升機(jī)的監(jiān)控功能，在提升機(jī)房設(shè)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，PLC配置以太網(wǎng)通訊模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和工業(yè)以太網(wǎng)連接。系統(tǒng)應(yīng)能與礦井調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享；同時(shí)通過(guò)與信號(hào)系統(tǒng)之間的閉鎖控制以保障提升機(jī)能夠安全可靠地運(yùn)行與停車(chē)功能。2系統(tǒng)變頻調(diào)速功能實(shí)現(xiàn)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)交流同步電機(jī)的變頻調(diào)速功能，其傳動(dòng)部分采用ABB公司生產(chǎn)的ACS6000SD型交直交變頻器，該變頻器上端接定子整流變壓器，下端接同步電動(dòng)機(jī)，包括有源整流單元（ARU）、逆變器單元（INU）、電容儲(chǔ)能單元（CBU）、控制單元（COU）、電壓限制單元（VLU）、水冷卻單元（WCU）、勵(lì)磁控制單元（EXU）以及保護(hù)裝置等單元組成，主要功率器件采用IGCT。2.1有源整流單元（ARU）該單元模塊可實(shí)現(xiàn)AC/DC的變換，是一個(gè)三電平、自換流、可4-象限運(yùn)行、7MVA的容量，同時(shí)采用有源前端整流單元的結(jié)構(gòu)，保證變頻裝置逆變器直流側(cè)電壓的穩(wěn)定和變頻裝置可逆的4象限運(yùn)行，由于采用了輸入濾波裝置，可以減小系統(tǒng)整體諧波與功率因數(shù)的可控功能。2.2逆變器單元（INU）該單元模塊為7MVA的容量的變頻輸出裝置，也采用三電平、自換流、可4-象限運(yùn)行的電壓型逆變器，同時(shí)具有EMC濾波功能以及限制di/dt的鉗位電路和短路保護(hù)單元，可以有效的提高提升系統(tǒng)的過(guò)載能力與輸出轉(zhuǎn)矩。2.3控制單元（COU）控制單元模塊主要是AMC3控制器，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變和整流全數(shù)字控制功能，AF100模塊用于實(shí)現(xiàn)與提升機(jī)工藝控制單元之間的通信功能，電源以及其他輔助控制單元，以實(shí)現(xiàn)控制、監(jiān)視和保護(hù)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)和水冷卻系統(tǒng)。2.4其他輔助控制與保護(hù)單元變頻器的其他單元包括水冷、過(guò)電壓保護(hù)與吸收、保護(hù)與診斷裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)系統(tǒng)的保護(hù)、故障自診斷功能，同時(shí)通過(guò)與提升機(jī)工藝控制裝置之間的通信，可以將變頻器的運(yùn)行狀態(tài)與故障情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與診斷。3系統(tǒng)運(yùn)行情況通過(guò)圖2和圖3可以看出，整個(gè)提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，速度平穩(wěn)變化，完全滿足礦井提升要求，具有很好的應(yīng)用效果與推廣價(jià)值?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】[1]叢子月，譚國(guó)俊，何鳳有.國(guó)外引進(jìn)交-交變頻提升機(jī)國(guó)產(chǎn)化改造實(shí)踐[J].煤炭工程，2011（9）：60-62.[2]魏英琴，張涵.成莊礦副井電控系統(tǒng)改造研究[J].煤礦機(jī)械，2010，31（3）：178-180.[3]王峰，