轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速在成莊礦副井提升機(jī)上的應(yīng)用

1、科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)SCITECHINFMATIONDEVELOPMENT＆ECONOMY2009年第19卷第29期1成莊礦副井提升系統(tǒng)現(xiàn)狀晉煤集團(tuán)成莊礦副井斜長575m，雙鉤串車提升，采用洛礦生產(chǎn)的2JK—2.520提升機(jī)，最大提升速度4ms，最大提升重物23t，配用電機(jī)功率260kW，定子電壓6kV，轉(zhuǎn)子電壓505V，轉(zhuǎn)子電流329A。現(xiàn)有電控系統(tǒng)采用“繞線異步電機(jī)＋轉(zhuǎn)子串電阻加速＋高壓接觸器換向＋低頻拖動(dòng)減速”控制方式，該系統(tǒng)存在以

2、下問題：第一，電機(jī)轉(zhuǎn)差功率全部消耗于轉(zhuǎn)子電阻回路中，而提升機(jī)有較長時(shí)間運(yùn)行在重載加速、減速的工況下，此時(shí)轉(zhuǎn)差功率非常大，這就造成了巨大的能源浪費(fèi)；第二，系統(tǒng)調(diào)速模式為有級(jí)調(diào)速，切換沖擊電流大，運(yùn)行平穩(wěn)性差，安全性低；第三，系統(tǒng)發(fā)熱嚴(yán)重，工作環(huán)境惡劣；第四，系統(tǒng)占地面積大，設(shè)備維護(hù)量大。因而，從安全可靠、提高性能、增加效益和節(jié)能角度出發(fā)，需要對(duì)現(xiàn)有的電控系統(tǒng)進(jìn)行改造。2改造方案的選擇根據(jù)成莊礦副井的實(shí)際情況和改造需求，提出了兩個(gè)改造方案，

3、即定子變頻方案和轉(zhuǎn)子變頻方案。其中，定子變頻方案既需要將現(xiàn)有高壓電動(dòng)機(jī)更換為低壓變頻電機(jī)，同時(shí)也需將供電系統(tǒng)由6kV改造為380V，資金投入較大，且供電系統(tǒng)改造工期較長；而轉(zhuǎn)子變頻方案既不必停產(chǎn)，資金投入也相對(duì)較少。因此，我們的改造方案選擇轉(zhuǎn)子變頻方案。3雙饋轉(zhuǎn)子變頻方案3.1雙饋轉(zhuǎn)子變頻方案的控制模式轉(zhuǎn)子變頻方案選用中礦大傳動(dòng)與自動(dòng)化有限公司研發(fā)的交流提升機(jī)全數(shù)字變頻電控系統(tǒng)基于數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化等先進(jìn)技術(shù)，采用“交流繞線

4、電機(jī)＋交直交主回路＋全數(shù)字調(diào)節(jié)控制＋多PLC網(wǎng)絡(luò)控制＋上位機(jī)診斷與監(jiān)控＋局域網(wǎng)信息互聯(lián)”的控制模式，主要設(shè)備包括高低壓供電裝置、傳動(dòng)變流裝置、全數(shù)字矢量控制裝置、多PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、操作臺(tái)和上位機(jī)等。系統(tǒng)框架見圖1。該方案保留了原有電動(dòng)機(jī)和6kV供電系統(tǒng)，采用大功率礦井提升機(jī)全數(shù)字雙三電平矢量控制雙饋轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)，并優(yōu)化三電平控制算法，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功率因數(shù)為1的高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)礦井提升電控系統(tǒng)。3.2雙饋轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速原理及特點(diǎn)雙

5、饋轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速是將繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子接在恒壓恒頻供電系統(tǒng)下（接工頻電網(wǎng)），同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子繞組直接引入一個(gè)頻率、幅值可控的附加電動(dòng)勢(shì)（三相變頻器），此時(shí)形成定、轉(zhuǎn)子雙方同時(shí)饋電的電機(jī)系統(tǒng)。調(diào)速原理是：從轉(zhuǎn)子滑環(huán)上取出或輸入所需要的電能，此電能表現(xiàn)為轉(zhuǎn)差頻率的交流電，改變變頻器的輸出電壓相位、幅值，就可以改變電機(jī)的輸出功率；改變變頻器的輸出頻率，就可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無極調(diào)速。文章編號(hào)：1005－6033（2009）29－020002收稿日期：20

6、09－08－26轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速在成莊礦副井提升機(jī)上的應(yīng)用張?jiān)剑ㄉ轿鲿x城煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電處，山西晉城，048006）摘要：根據(jù)成莊礦的現(xiàn)場(chǎng)情況和電控系統(tǒng)改造過程，詳細(xì)介紹了轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速的主電路和工作原理，并指出其優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：提升機(jī)改造；定子變頻方案；轉(zhuǎn)子變頻方案中圖分類號(hào)：TD534文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A200TheApplicationofRotSpeedControlbyFrequencyVariationinAuxiliaryShaft’sHo

7、istingMachineinChengzhuangCoalMineZHANGYueABSTRACT:AccdingthefieldsituationofChengzhaungCoalMinethetransfmationprocessofelectriccontrolsystemthispaperintroducesindetailthemaincircuitprincipleofrotspeedcontrolbyfrequencyv

8、ariation，pointsoutitsadvantages.KEYWDS：transfmationofhoistingmachineschemeofstatfrequencyvariationschemeoffrequencyvariation與定子變頻系統(tǒng)相比，雙饋轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：因轉(zhuǎn)子側(cè)電壓低，不需要多重化變壓器輸入，也不必多單元逆變串聯(lián)輸出，所以技術(shù)復(fù)雜度降低、體積小、可靠性高、性價(jià)比高；能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)定子側(cè)無功功

9、率，改善系統(tǒng)的功率因數(shù)；由于變頻器所傳遞的是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率，其功率較小，可用較小容量的變頻器對(duì)較大功率的電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。4電控系統(tǒng)的組成和雙三電平變頻器的特點(diǎn)4.1電控系統(tǒng)的組成電控系統(tǒng)的組成見圖2。新電控系統(tǒng)保留了原系統(tǒng)的高壓電機(jī)、高壓換向柜和液壓制動(dòng)系統(tǒng)，新增加了轉(zhuǎn)子變壓器電抗器、變頻裝置（整流柜、逆變柜、變頻控制柜）、PLC柜、上位機(jī)、操作臺(tái)、低壓配電柜等主要裝置?？刂葡到y(tǒng)的主回路采用先進(jìn)的“背靠背”二級(jí)管鉗位雙三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中

10、三電平的有源前端為整流變壓器；逆變器側(cè)則直接接至電機(jī)轉(zhuǎn)子。在轉(zhuǎn)子變頻矢量調(diào)速裝置的控制下，通過控制轉(zhuǎn)差功率進(jìn)行調(diào)速，其中全控逆變單元，用于提供與轉(zhuǎn)子電勢(shì)同頻率的變壓變頻電源；全控整流單元，在提供穩(wěn)定直流電壓的同時(shí)，可對(duì)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)和諧波進(jìn)行調(diào)節(jié)和補(bǔ)償，使系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)達(dá)到無污染。4.2雙三電平變頻器的特點(diǎn)雙三電平變頻器采用二極管鉗位三電平結(jié)構(gòu)，其功率器件的電壓等級(jí)僅為兩電平的一半，減小系統(tǒng)的開關(guān)損耗降低了功率器件和電機(jī)絕緣承受的電壓應(yīng)力，減

11、小了變頻器系統(tǒng)的電磁干擾。同時(shí)背靠背拓?fù)淅诠β氏到y(tǒng)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，利于維護(hù)，使系統(tǒng)可靠性大大增強(qiáng)。由于變頻器直接連接至高壓電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)，電壓等級(jí)相對(duì)較低（本例電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)電壓只有505V），波形畸變率非常小，對(duì)于電機(jī)定子側(cè)而言電流波形基本無畸變，系統(tǒng)運(yùn)行更加安全、可靠。在變頻器矢量控制中，采用定子磁鏈定向時(shí)，交叉耦合量較少，轉(zhuǎn)矩公式簡(jiǎn)單，是兩個(gè)標(biāo)量之積且容忍一定的電網(wǎng)電壓波動(dòng)。通過優(yōu)化的三變頻器SVPWM控制算法可對(duì)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)、網(wǎng)側(cè)諧波、電

12、機(jī)定子側(cè)功率因數(shù)等系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行調(diào)控，使變頻器對(duì)電網(wǎng)的污染降至最低。5實(shí)際改造效果2009年7月成莊礦副斜井提升機(jī)電控系統(tǒng)改造完成，改造后實(shí)現(xiàn)了無級(jí)凋速，并能夠?qū)崿F(xiàn)四象限運(yùn)行。新系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可控精度高，消除了啟動(dòng)時(shí)的無功沖擊，大大減輕了機(jī)械沖擊?？s短了一次提升循環(huán)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。兩臺(tái)西門子S7—300PLC對(duì)提升機(jī)操作和保護(hù)系統(tǒng)起到了雙線制的作用，提高了系統(tǒng)安全性。由于取消了串電阻調(diào)速，用電量節(jié)約了20％左右。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試

13、表明：改造后的系統(tǒng)功率因數(shù)達(dá)到0.98，電網(wǎng)諧波分量符合要求。6結(jié)語提升機(jī)繞線異步電機(jī)雙饋轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)提升自動(dòng)化的同時(shí)，其調(diào)速方式變?cè)瓉淼暮哪苄蜑榉答佇?，大大提高了?jié)電效果。其良好的節(jié)電效果及實(shí)現(xiàn)提升自動(dòng)化具有非常重要的意義，其推廣應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。參考文獻(xiàn)［1］陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)———運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)［M］.3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.［2］王春杰.大功率異步機(jī)轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)及其控制策略的研究［D］.天津：天