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

1、科技情報開發(fā)與經(jīng)濟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，最大提升速度4ms，最大提升重物23t，配用電機功率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＋轉(zhuǎn)子串電阻加速＋高壓接觸器換向＋低頻拖動減速”控制方式，該系統(tǒng)存在以

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

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)有高壓電動機更換為低壓變頻電機，同時也需將供電系統(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與自動化有限公司研發(fā)的交流提升機全數(shù)字變頻電控系統(tǒng)基于數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化等先進技術(shù)，采用“交流繞線

4、電機＋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)、操作臺和上位機等。系統(tǒng)框架見圖1。該方案保留了原有電動機和6kV供電系統(tǒng)，采用大功率礦井提升機全數(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機礦井提升電控系統(tǒng)。3.2雙饋轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速原理及特點雙

5、饋轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速是將繞線式感應(yīng)電動機的定子接在恒壓恒頻供電系統(tǒng)下（接工頻電網(wǎng)），同時對轉(zhuǎn)子繞組直接引入一個頻率、幅值可控的附加電動勢（三相變頻器），此時形成定、轉(zhuǎn)子雙方同時饋電的電機系統(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，就可以改變電機的輸出功率；改變變頻器的輸出頻率，就可實現(xiàn)電機的無極調(diào)速。文章編號：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上的應(yīng)用張越（山西晉城煤業(yè)集團機電處，山西晉城，048006）摘要：根據(jù)成莊礦的現(xiàn)場情況和電控系統(tǒng)改造過程，詳細介紹了轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速的主電路和工作原理，并指出其優(yōu)點。關(guān)鍵詞：提升機改造；定子變頻方案；轉(zhuǎn)子變頻方案中圖分類號：TD534文獻標(biāo)識碼：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)速具有以下幾個特點：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、性價比高；能夠獨立調(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較大功率的電機進行調(diào)速。4電控系統(tǒng)的組成和雙三電平變頻器的特點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、高壓換向柜和液壓制動系統(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、操作臺、低壓配電柜等主要裝置?？刂葡到y(tǒng)的主回路采用先進的“背靠背”二級管鉗位雙三電平拓撲結(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)差功率進行調(diào)速，其中全控逆變單元，用于提供與轉(zhuǎn)子電勢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，可對網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)和諧波進行調(diào)節(jié)和補償，使系統(tǒng)對電網(wǎng)達到無污染。4.2雙三電平變頻器的特點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。同時背靠背拓撲利于功率系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化設(shè)計，利于維護，使系統(tǒng)可靠性大大增強。由于變頻器直接連接至高壓電機轉(zhuǎn)子側(cè)，電壓等級相對較低（本例電機轉(zhuǎn)子側(cè)電壓只有505V），波形畸變率非常小，對于電機定子側(cè)而言電流波形基本無畸變，系統(tǒng)運行更加安全、可靠。在變頻器矢量控制中，采用定子磁鏈定向時，交叉耦合量較少，轉(zhuǎn)矩公式簡單，是兩個標(biāo)量之積且容忍一定的電網(wǎng)電壓波動。通過優(yōu)化的三變頻器SVPWM控制算法可對網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)、網(wǎng)側(cè)諧波、電

12、機定子側(cè)功率因數(shù)等系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)進行調(diào)控，使變頻器對電網(wǎng)的污染降至最低。5實際改造效果2009年7月成莊礦副斜井提升機電控系統(tǒng)改造完成，改造后實現(xiàn)了無級凋速，并能夠?qū)崿F(xiàn)四象限運行。新系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單、可控精度高，消除了啟動時的無功沖擊，大大減輕了機械沖擊?？s短了一次提升循環(huán)時間，提高了生產(chǎn)效率。兩臺西門子S7—300PLC對提升機操作和保護系統(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?，F(xiàn)場實際測試

13、表明：改造后的系統(tǒng)功率因數(shù)達到0.98，電網(wǎng)諧波分量符合要求。6結(jié)語提升機繞線異步電機雙饋轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)，在實現(xiàn)提升自動化的同時，其調(diào)速方式變原來的耗能型為反饋型，大大提高了節(jié)電效果。其良好的節(jié)電效果及實現(xiàn)提升自動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［1］陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)———運動控制系統(tǒng)［M］.3版.北京：機械工業(yè)出版社，2003.［2］王春杰.大功率異步機轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)及其控制策略的研究［D］.天津：天