礦井提升機電控系統(tǒng)設計與實踐探究

祝敏杰

摘 要：本文通過對榮泰礦某礦區(qū)提升機電控系統(tǒng)的分析，結(jié)合交流電控系統(tǒng)和直流電控系統(tǒng)的特點，對礦井提升機交直流電控系統(tǒng)的選擇提出了一些建議和方案。

關鍵詞：礦井提升機；直流可逆調(diào)速；轉(zhuǎn)子雙饋變頻調(diào)速

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.137

1 礦井情況

本文研究對象選取榮泰礦某礦區(qū)提升機電控系統(tǒng)，該提升機的電機功率為800kW，定子額定電壓10KV，定子額定電流61.9A，轉(zhuǎn)子額定電壓1011V ，轉(zhuǎn)子額定電流487.2A。工作時電機轉(zhuǎn)數(shù)591r/min?，F(xiàn)就該提升機的硬件條件和各類型電控系統(tǒng)的優(yōu)缺點來選擇相應的電控系統(tǒng)方案。

2 礦井提升機電控系統(tǒng)的方案分析

對于礦井800KW的功率要求，在沒有確定電機的情況下，可選用我國技術較為成熟的ASCS-3直流全數(shù)字調(diào)速方案或先進的ASCS-6轉(zhuǎn)子雙饋交流變頻調(diào)速方案。結(jié)合該提升機的實際情況，下面對兩種方案進行介紹。

（1）直流全數(shù)字調(diào)速方案介紹。ASCS-3直流全數(shù)字調(diào)速提升機電控系統(tǒng)，使用晶閘管變流，廣泛應用于大功率電力拖動系統(tǒng)調(diào)速控制。可以根據(jù)提升機功率的不同，分為磁場換向和電樞換向兩種方式，系統(tǒng)由兩臺ASCS-3-T型整流裝置，可構成串聯(lián)12脈動整流方式，實現(xiàn)全載全速運行。當一臺ASCS-3-T型整流裝置故障時可操作切換柜中的刀閘，切換為6脈動整流方式，實現(xiàn)全載半速運行。此調(diào)速方案適用于電機電壓為440V-1000V，功率為600KW-3000KW的直流電機。

（2）轉(zhuǎn)子雙饋變頻調(diào)速方案介紹。ASCS-6型調(diào)速系統(tǒng)采用IGBT背靠背雙三電平變頻器。變頻器包括三電平整流器、三電平逆變器和全數(shù)字調(diào)節(jié)柜（內(nèi)置矢量控制器）。在雙饋調(diào)速工作時，除了電機定子側(cè)與交流電網(wǎng)直接連接外，轉(zhuǎn)子側(cè)也要與交流電網(wǎng)或外接電動勢相連，從電路拓撲結(jié)構上看，可認為是在轉(zhuǎn)子繞組回路中附加一個交流電動勢，通過這個電動勢調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。此調(diào)速方案適用電機功率為400KW-2000kW的交流繞線電動機。

（3）方案的選擇。直流電機具有電刷和換相器，因而必須經(jīng)常檢查更換碳刷換向器，使直流電機的應用環(huán)境受到限制。交流電機結(jié)構簡單、工作可靠、成本低廉、效率高。直流系統(tǒng)結(jié)構比交流系統(tǒng)要復雜的多，維護費用也比交流系統(tǒng)高很多。一般來說直流電機的效率85%左右，而交流異步電機效率可以達到90%以上。

直流調(diào)速一般采用晶閘管整流，其諧波是無法避免的，需要治理。而交流變頻系統(tǒng)一般都使用PWM（脈寬調(diào)制）方式，其諧波含量很小，根本不需要諧波治理。交流變頻采用的智能型全控器件（IGBT），可以實現(xiàn)自保護，對于器件故障的保護功能更完善，并且能防止故障的進一步擴大，維護人員可以通過上位機系統(tǒng)得到故障信息。

3 ASCS-6轉(zhuǎn)子雙饋變頻調(diào)速系統(tǒng)的具體設置

ASCS-6轉(zhuǎn)子雙饋變頻調(diào)速系統(tǒng)包括定子側(cè)控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子側(cè)控制系統(tǒng)，包括：高壓進線柜、高壓換向柜、變壓器、雙饋轉(zhuǎn)子變頻器（變流柜、調(diào)節(jié)柜）、PLC柜、低壓柜、操作臺、上位機等組成。其具體組成情況由圖1可知。

高壓柜采用KYN28A-12型開關柜組成，具有電流、電壓、電度測量，失壓、過流、進線連鎖，以及電動操作結(jié)構；高壓柜的狀態(tài)可經(jīng)過PLC傳輸?shù)缴衔粰C顯示。低壓柜為手動切換的雙回路進線，能滿足整個提升機電控系統(tǒng)和相應輔助設備的供電，包括絞車風機、信號系統(tǒng)、井筒開關、液壓站等的供電。提升機中的網(wǎng)絡化操作系統(tǒng)選用西門子S7-300雙PLC進行控制，自動生成S型速度曲線，行程跟蹤精度高，停車準確。同時采用基于Windows-CC系統(tǒng)下的人機接口對提升機的控制過程進行監(jiān)控。三電平變頻器包括變流柜、調(diào)節(jié)柜。一套完整的變流柜，IGBT數(shù)量為24只，二極管12只，元器件總數(shù)36只。變頻器的的核心部分為調(diào)節(jié)柜中的矢量控制器，其采用多板卡單總線結(jié)構，主要包括：電源板、CPU板、脈沖板。對于功率器件IGBT，全部采用光纖觸發(fā)。電源板：為整個機籠的控制板供電；CPU板 ：負責與外界PLC的通信，預留Profibus、RS485、Can三種通信接口；脈沖板：負責三電平整流器或逆變器的控制，主要完成矢量控制算法。

操作臺采用操作方便的分體式結(jié)構，包括左操作臺、右操作臺、指示臺。左操作臺、右操作臺裝有制動手柄、主令手柄，各種控制提升機的按鈕、開關。指示臺上裝有儀表、深度指示器、指示燈和西門子S7-300等，并通過指示燈、儀表及時了解提升機的運行狀態(tài)、運行參數(shù)、重要的操作信號、報警信號等，保證在沒有上位機圖形顯示的情況下，仍然可以安全操作。上位機具有監(jiān)控功能，具有提升信號顯示、提升保護、故障自診斷、行程、速度圖、開車準備狀態(tài)、控制系統(tǒng)狀態(tài)、高低壓電源回路、主回路、安全回路等連續(xù)實時顯示及報表打印功能，便于事故的預測和分析處理，保證提升機安全可靠運行。

4 設計后系統(tǒng)的特點與功能

ASCS-6提升機轉(zhuǎn)子雙饋變頻調(diào)速系統(tǒng)，使繞線機實現(xiàn)變頻全范圍調(diào)速，轉(zhuǎn)子回路用雙三電平變頻器供電，定轉(zhuǎn)子雙饋調(diào)速，四象限運行，完全消除了轉(zhuǎn)子能量。實現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電流單位功率因數(shù)正弦波控制，主動消除變頻器裝置對電網(wǎng)的污染，提高了調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)，節(jié)約了電能。對直流母線電壓的控制具有良好的動態(tài)響應，為三電平逆變器提供平穩(wěn)的電平，提升了變頻器的調(diào)速性能。通過我們在現(xiàn)場的應用，雙饋系統(tǒng)不但能達到很好的調(diào)速性能，其功率因數(shù)為1且可調(diào)，網(wǎng)側(cè)諧波在2%以下，大大低于國家標準。其低速調(diào)速平穩(wěn)、能重載啟動、有較強的過載能力，性能優(yōu)良。上位機和調(diào)節(jié)柜中IGBT故障報警燈會自動報出變流柜中IGBT的故障，工人只要根據(jù)燈的位置就可以判斷對應的故障IGBT，及時更換，維修方便快捷，提高了生產(chǎn)效率。該調(diào)速系統(tǒng)為轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速，設備運行平穩(wěn)，速度連續(xù)可調(diào)，人員乘坐舒適。

5 結(jié)束語

我國轉(zhuǎn)子雙饋變頻調(diào)速系統(tǒng)是一個國際較領先的技術，其組成的電控系統(tǒng)操作性強、安全性高，已被運用到各種升降機械的操作中。本文主要對該系統(tǒng)在礦井提升機中的運用，及其組成部分進行了闡述，并講述了相應的實踐方案，展現(xiàn)了其當前所具有的優(yōu)勢，充分顯示出其使用價值。endprint