顧橋礦主井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究

殳祺　葉迎亮

摘 要:礦井提升機(jī)是煤礦的大型固定設(shè)備之一,擔(dān)負(fù)著矸石、材料、機(jī)電設(shè)備和人員的提升,針對(duì)以往調(diào)速方式的不足,本文采用交-交變頻電控調(diào)速技術(shù)來(lái)改善提升機(jī)的工作效率,交-交變頻(Sinamics SL150)器具有輸出電壓的頻率、幅值、相位及功率因素穩(wěn)定,諧波較小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于煤礦行業(yè)。顧橋礦實(shí)測(cè)結(jié)果表明,交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,提高了提升機(jī)的工作效率,對(duì)煤礦安全生產(chǎn)具有重大意義。

關(guān)鍵詞:礦井提升機(jī) 串阻調(diào)速 交-交變頻電控調(diào)速 電控調(diào)速 交-交變頻器

中圖分類號(hào):TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)10(c)-0106-02

隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展,對(duì)礦產(chǎn)資源需求量的不斷加大,礦產(chǎn)資源開(kāi)采一直是我國(guó)煤礦行業(yè)的頭等大事。礦井提升機(jī)系統(tǒng)在整個(gè)煤礦開(kāi)采過(guò)程中擔(dān)負(fù)著舉足輕重的作用。提升機(jī)系統(tǒng)傳統(tǒng)的調(diào)速方法不足,輸出電壓和功率較低,系統(tǒng)穩(wěn)定性差,嚴(yán)重制約著煤礦資源的開(kāi)采量,不利于整個(gè)行業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。隨著交-交變頻調(diào)速技術(shù)在提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用,憑借著高電壓、大功率變頻輸出,電機(jī)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、運(yùn)轉(zhuǎn)快,系統(tǒng)性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)得到了煤礦行業(yè)的廣泛關(guān)注。

1 AC-AC變頻調(diào)速技術(shù)

1.1 變頻器

1.1.1變頻器的工作原理

變頻器是把固定電壓、固定頻率的交流電變換為可調(diào)電壓頻率的交流電的變換器,是異步電機(jī)變頻調(diào)速的控制裝置。交-交變頻器沒(méi)有直流變換環(huán)節(jié),只有兩個(gè)交流環(huán)節(jié)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。通過(guò)把一種頻率的交流電轉(zhuǎn)換成另一種頻率的交流電。

1.1.2 交-交變頻器

交-交變頻器主要由3臺(tái)電網(wǎng)自然換流、無(wú)環(huán)流可逆變流器組成,對(duì)應(yīng)同步電機(jī)定子的三相,每相連接成三相橋式電路。三相變流器由整流變壓器供電,兩套變頻器由分別為Δ/X、Δ/Y接法的整流變壓器供電,以減少供電高次諧波。AC-AC變頻器具有高效率、大電流等優(yōu)點(diǎn)非常適用于低速、大功率、大轉(zhuǎn)矩、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、高過(guò)載能力的環(huán)境。AC-AC變頻器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

電機(jī)的定子繞組每相對(duì)應(yīng)一套反并聯(lián)可控硅橋,最大輸出頻率約為電網(wǎng)側(cè)頻率的45%左右,采用無(wú)熔絲設(shè)計(jì)方法,效率高達(dá)99.3%,在緊急情況下12脈沖可以切換成6脈沖AC-AC變頻器,使的整個(gè)變頻系統(tǒng)變得靈活、穩(wěn)定。

1.2 AC-AC變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理

1.2.1 變頻調(diào)速的理論概述

變頻器的功用是將頻率固定的(通常為50 Hz的)交流電變成頻率聯(lián)系可調(diào)的三相交流電。由公式:,當(dāng)頻率連續(xù)可調(diào)時(shí)(一般為定數(shù)),電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也連續(xù)可調(diào),又因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是比同步轉(zhuǎn)速略低一些,所以,當(dāng)同步轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)時(shí),異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也是連續(xù)可調(diào)的。變頻器通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源的輸入頻率(電流的頻率)來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,從而實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。

1.2.2 AC-AC變頻調(diào)速的原理概述

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為,調(diào)速方式可有四種方式。交-交變頻電路的基本原理圖如圖2所示。

2 主井提升機(jī)交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 交-交變頻器Sinzmics SL150控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

Sinzmics SL150控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括:CPU模塊、控制器模塊、I/O模塊、斷路保護(hù)模塊、輔助設(shè)備模塊以及控制面板。系統(tǒng)CPU(D445)利用軟件可編程方式可以同時(shí)在線對(duì)通信系統(tǒng)、故障分析系統(tǒng)、畫(huà)面顯示系統(tǒng)進(jìn)行操作。其中變頻控制器負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)電路的相電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速以及熱電壓轉(zhuǎn)換器(TVC)。交-交變頻器控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

通過(guò)系統(tǒng)外擴(kuò)的I/O模塊,可對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)行情況進(jìn)行信號(hào)采集檢測(cè),同步電壓信號(hào)以及數(shù)字變化量都是由該模塊負(fù)責(zé)接收傳送和結(jié)果輸出控制。如果電路中的工作電壓超過(guò)額定電壓值,該系統(tǒng)采用高壓斷路器負(fù)責(zé)控制和保護(hù)系統(tǒng)輸出電壓。系統(tǒng)的輔助設(shè)備是由12/6脈沖轉(zhuǎn)換部分和功率因素補(bǔ)償兩部分組成。功率因素補(bǔ)償部分,對(duì)于電機(jī)功率達(dá)不到額定工作功率的時(shí)候,可以采取無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞綔p少諧波和無(wú)功功率的損耗。對(duì)12/6脈沖轉(zhuǎn)換部分,一旦高壓短路,變壓器或變頻器一路發(fā)生故障時(shí),電機(jī)和變頻器可以由12脈沖工作模式轉(zhuǎn)換成6脈沖的緊急模式。對(duì)有故障的變頻器進(jìn)行斷電分離,并聯(lián)的兩套電機(jī)繞組切換成串聯(lián)連接,提升機(jī)處于全載半速運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 6脈沖交-交變頻控制方法

針對(duì)顧橋礦主井提升機(jī)的具體情況,采用ABB公司的ACS6000C進(jìn)口全數(shù)字矢量控制系統(tǒng),交-交變頻選用6脈沖,邏輯無(wú)環(huán)流可逆變流器,變頻器分別由3臺(tái)整流變壓器供電。系統(tǒng)電源選用10 kV、50 Hz三相交流電作為主電源供電。主回路采用電樞換向的直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng),電樞回路是由兩個(gè)反向并聯(lián)晶閘管整流器直流供電,將10 kV的交流電壓通過(guò)4路變壓器轉(zhuǎn)換成滿足系統(tǒng)需要的直流電壓,通過(guò)高壓斷路器控制系統(tǒng)電壓,為同步電動(dòng)機(jī)提供合適的工作電流和電壓。顧橋礦主井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

3 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果分析

結(jié)合交-交變頻調(diào)速在顧橋礦主井提升機(jī)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用,通過(guò)西門子SIMATIC WinCC5.0制作軟件可以監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。從主提升機(jī)畫(huà)面中可以清楚地看到系統(tǒng)各個(gè)工作模塊的運(yùn)行狀態(tài),安全回路狀態(tài)、停車回路狀態(tài)、閉鎖回路狀態(tài)、PLC主副箕斗位置、油壓、提升速度、定子的電流電壓、勵(lì)磁電流、井筒開(kāi)關(guān)的選擇以及裝卸載打點(diǎn)信號(hào)（見(jiàn)圖4）。

4 結(jié)論

本文針對(duì)傳統(tǒng)煤礦主井提升機(jī)系統(tǒng)的不足,提出了主井提升機(jī)交-交變頻調(diào)速電控系統(tǒng)的新方法,結(jié)合顧橋礦主井提升機(jī)變頻系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用等方面詳細(xì)地論述了新方法的優(yōu)越性。實(shí)測(cè)結(jié)果表明交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)性能穩(wěn)定,大大增加了提升機(jī)的工作量,對(duì)礦產(chǎn)資源的開(kāi)采做出了重要貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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