ACS6000變頻器在煤礦提升系統(tǒng)中的應(yīng)用

曹孝麟

【摘 要】ACS6000變頻器是ABB公司推出的用于大型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的中壓變頻器，采用DTC與脈寬調(diào)制PWM技術(shù)結(jié)合，具有性能優(yōu)越、效率高、運(yùn)用廣泛、運(yùn)行穩(wěn)定等多種優(yōu)越點(diǎn)。文章簡(jiǎn)要介紹ACS6000變頻器在煤礦提升設(shè)備中的應(yīng)用及其硬件配置、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制邏輯及使用中注意的問題。

【關(guān)鍵詞】ACS6000變頻器；驅(qū)動(dòng)；控制

ACS6000變頻器性能穩(wěn)定，可以根據(jù)用戶需要選擇模塊單元。主立井提升設(shè)備驅(qū)動(dòng)裝置采用ACS6000中壓變頻器，該變頻器為全數(shù)字交—直—交變頻控制，采用DTC、PWM技術(shù)，控制主回路中的整流和逆變單元中IGCT產(chǎn)生不同頻率的三電平電壓。變頻器動(dòng)態(tài)特征好、功率因數(shù)高、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，安裝在COU門面上的CDP控制面板，具有用戶操作功能，便于用戶對(duì)整個(gè)變頻器進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、參數(shù)修改、維護(hù)指示及故障查詢。

1.設(shè)備說明

主立井提升設(shè)備為中信重工制造的D4、4繩落地摩擦式提升機(jī)，最大提升速度為13.4m/s，最大靜張力800KN，最大靜張力差270KN，電機(jī)采用上海電機(jī)廠制造的交流同步電機(jī)，電機(jī)功率為4300KW，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用的ABB公司ACS6000系列變頻器主要技術(shù)性能，見表1。

2.ACS6000變頻器的配置說明

ACS6000變頻器是帶直流環(huán)節(jié)的DTC直接轉(zhuǎn)矩控制脈寬調(diào)制變頻器，可對(duì)交流同步電動(dòng)機(jī)速度、轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制的中壓驅(qū)動(dòng)變頻，不同模塊單元有其自身功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，也可以根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)量，選用不同的模塊單元。根據(jù)礦井提升機(jī)的要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境選用了ARU、INU、CBU、COU、WCU、IFU、VLU、EXU八個(gè)模塊各模塊功能如下。

2.1 ARU、INU和IFU單元

ARU作為變頻器的整流單元，將主變壓器輸入的交流電源整流為直流電源，通過配置的反過充裝置抑制直流電引起變壓器的過飽和。INU作為變頻器的逆變單元，將直流電源逆變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)需要的頻率和電壓。單元內(nèi)配置的IGCT通過門極電源實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通和關(guān)斷；過濾裝置限制無派生電壓進(jìn)入電機(jī)；不同單元間的數(shù)據(jù)交換和通訊通過INT板實(shí)現(xiàn)。IFU單元安裝在變壓器與ARU之間，采用的阻容吸收方式，減少裝置產(chǎn)生的諧波對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)面影響。

2.2 CBU、VLU單元

CBU單元中的預(yù)充電單元，利用升壓變壓器為直流母排充電，能夠有效的抑制主回路開關(guān)合閘時(shí)的浪涌影響；單元柜門上設(shè)置接地開關(guān)和指示燈，便于檢修人員觀察和操作，接地開關(guān)與柜門開關(guān)之間存在閉鎖關(guān)系，為檢修人員提供安全保障。

VLU作為電壓限制單元，通過功率模塊來實(shí)現(xiàn)電容和電阻的投切，保證電壓的穩(wěn)定，同時(shí)能夠準(zhǔn)確的給定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩值。

2.3 COU、EXU單元

COU作為變頻器的控制單元，承擔(dān)了變頻器驅(qū)動(dòng)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控和保護(hù)功能，COU單元與ARU、INU單元利用光纖通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電壓的整流控制、為電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生準(zhǔn)確的速度和轉(zhuǎn)矩，同時(shí)可以利用PROFIBUS-DP通訊技術(shù)與提升機(jī)的主控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊，達(dá)到主控制系統(tǒng)對(duì)變頻器的控制和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

EXU是同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁單元，采用了6脈沖晶閘管橋式整流裝置給同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子滑環(huán)提供持續(xù)的直流電。

2.4 WCU單元

WCU是變頻器的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，對(duì)變頻器內(nèi)部的電容、電阻、可控硅、功率模塊等電氣元件冷卻，電氣元件產(chǎn)生的熱量通過去離子裝置傳遞至冷卻器，內(nèi)部水處理裝置凈化去離子裝置的介質(zhì)，同時(shí)需配備一套外水冷裝置，實(shí)現(xiàn)變頻器內(nèi)部熱量與環(huán)境的交換。內(nèi)水冷卻系統(tǒng)需注入微量元素含量低的水質(zhì)，外水冷裝置注入經(jīng)過濾處理的軟化水。

3.邏輯控制和日常使用說明

（1）變頻器ARU、INU和EXU的存儲(chǔ)卡內(nèi)裝有相應(yīng)的提升速度、轉(zhuǎn)矩、監(jiān)測(cè)應(yīng)用和控制軟件，這些軟件主要包括速度斜率、速度信號(hào)、PID控制、轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)程序塊和控制參數(shù)等，共同完成對(duì)變頻器的控制。參數(shù)共有192組，1～99組參數(shù)對(duì)變頻器和整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、保護(hù)和故障指示查詢，允許用戶通過CDP312控制面板或?qū)Ｓ霉ぞ哕浖﨑rive Window進(jìn)行訪問。100～192組參數(shù)對(duì)變頻器和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制，基于安全的考慮，可以通過輸入口令查看和修改參數(shù)。

（2）ACS6000變頻器內(nèi)部的大功率電子元件極易受溫度的影響，因此采用水冷系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行冷卻，但是對(duì)環(huán)境和冷卻介質(zhì)有較嚴(yán)格要求，應(yīng)在柜內(nèi)放干燥劑并保持恒溫器完好，保持環(huán)境溫度在25℃左右。

（3）變頻器的輸入端應(yīng)保證電網(wǎng)質(zhì)量可靠，盡管安裝有IFU防止電網(wǎng)諧波和過電壓，但如果輸入端過電壓時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)使保護(hù)裝置損壞。CBU單元在充電和放電時(shí)有約5min的充放電時(shí)間，此時(shí)避免對(duì)設(shè)備進(jìn)行任何操作，否則操作失效將引起電容過載，造成設(shè)備損壞，同時(shí)礦井供電電網(wǎng)應(yīng)設(shè)置濾波裝置。

（4）ACS6000變頻器的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力柜包括一個(gè)電氣機(jī)械聯(lián)鎖系統(tǒng)，它的操作與安全接地開關(guān)相關(guān)，并且與外部主回路的斷路器電氣閉鎖。聯(lián)鎖系統(tǒng)保證設(shè)備的動(dòng)力柜只有在主電源斷開、直流回路電容器放電完畢和接地開關(guān)閉合后方可打開。這個(gè)聯(lián)鎖系統(tǒng)也保證只在所有動(dòng)力柜門關(guān)閉和接地開關(guān)打開后，驅(qū)動(dòng)裝置才可送電。

（5）變頻器的正確接地可保證設(shè)備人員安全和控制的靈敏性，因此在安裝和維護(hù)時(shí)，必須將系統(tǒng)正確接地。同時(shí)為保證設(shè)備微電子元件的安全性能和精確控制，觸摸這些元件時(shí)，人體必須接地。所以對(duì)模塊進(jìn)行修理、更換或取備件時(shí)，都應(yīng)戴接地手腕帶，防止生物電流損壞電子元件。

此系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，具有良好的調(diào)速和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)功能，能滿足提升機(jī)變速、安全和負(fù)荷變化的嚴(yán)格要求，并且變頻器系統(tǒng)可與提升機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換支持多種通訊協(xié)議。其缺點(diǎn)是變頻器控制系統(tǒng)復(fù)雜、配件費(fèi)用較高，同時(shí)對(duì)維護(hù)人員有較高的技術(shù)要求。 [科]