新聞中心

EEPW首頁 > 電源與新能源 > 設(shè)計應(yīng)用 > HARSVERT-FVA系列高壓變頻器在煤礦提升機的應(yīng)用

HARSVERT-FVA系列高壓變頻器在煤礦提升機的應(yīng)用

作者: 時間:2012-03-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1 引言

  “豫北明珠”、“河南省文明煤礦”——安陽鑫龍(集團)主焦煤業(yè)公司位于安陽縣倫掌鄉(xiāng)境內(nèi),西鄰大白公路,北接河北磁縣,南望安李鐵路,交通十分便捷。

  公司現(xiàn)有員工1000多人,生產(chǎn)能力將達到年產(chǎn)90萬噸,產(chǎn)值增至9億元,實現(xiàn)利稅近3億元,近幾年來,先后獲得“河南省安全質(zhì)量標準化先進單位”、全省煤礦“管理創(chuàng)新最佳企業(yè)”、“河南省五一勞動獎?wù)隆薄ⅰ鞍碴柺形搴命h組織”、“安陽市效益最佳企業(yè)”、“河南省文明煤礦”等諸多榮譽稱號。公司主要產(chǎn)品為焦煤,屬國家稀有煤種,低磷、特低硫、高發(fā)熱量,用途廣泛。現(xiàn)有地質(zhì)儲量5526萬噸,可采儲量2726萬噸。

  安陽鑫龍(集團)主焦煤業(yè)公司礦用使用繞線式異步電機轉(zhuǎn)子串電阻的方法進行調(diào)速控制。該方法成本較低,但轉(zhuǎn)矩脈動大,電機電流大,能耗高,且轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制電路復(fù)雜,接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易損壞,影響企業(yè)安全生產(chǎn)水平。隨著電力電子與電機控制技術(shù)的發(fā)展,采用變頻調(diào)速的方法可以從根本上解決上述問題。安陽鑫龍(集團)主焦煤業(yè)公司領(lǐng)導(dǎo)通過考察國內(nèi)用戶現(xiàn)場使用變頻器的情形后,決定選用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司的harsvert-fva06/075型(560kw/6kv)高壓變頻器,對提升機系統(tǒng)進行系統(tǒng)改造。

2 原繞線式異步電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式的運行特性分析

礦井提升機通常采用繞線式電動機作為主驅(qū)動,用于提升或下降重物,具有典型的位能負載特性,是礦業(yè)的通用設(shè)備。在電機啟動之初,所有短接開關(guān)處于分斷位置,所有電阻串聯(lián)入電機的轉(zhuǎn)子回路。當電機加速至一定轉(zhuǎn)速時,閉合最靠中性點側(cè)的短接開關(guān)(圖1中最下端開關(guān)),電機轉(zhuǎn)子所串電阻減少,隨著電機進一步加速,絞車司機依次閉合另外幾組短接開關(guān),直至所有電阻被短接,電機運行至最高速。

  電機減速時,先斷開靠近電機繞組的短接開關(guān),而后隨著轉(zhuǎn)速的降低依次斷開另外幾組開關(guān),直至所有電阻被串入轉(zhuǎn)子回路,進入爬行階段,絞車到位后啟動抱閘,同時斷開定子側(cè)高壓斷路器。

  此運行方式有如下弊端:

  (1)由于啟動及調(diào)速等方面的需要,通常都是在線繞式電動機的轉(zhuǎn)子回路串接電阻,來改變電機的輸出轉(zhuǎn)矩,從而降低電機啟動電流,以實現(xiàn)小范圍的轉(zhuǎn)差變速,去適應(yīng)負載的突變持性。并實現(xiàn)電動機的分級調(diào)整。這種控制方式帶來如下弊端:轉(zhuǎn)子回路串接電阻,消耗電能,造成能源浪費。

 ?。?)電阻分級切換,實現(xiàn)有級調(diào)速,設(shè)備運行不平穩(wěn),引起電氣及機械沖擊。低速轉(zhuǎn)矩小,轉(zhuǎn)差功率大,啟動電流和換檔電流沖擊大,中高速運行振動大,制動不安全不可靠,對再生能量處理不力,在提升機運行中調(diào)速不連續(xù),容易掉道,故障率高。礦用提升機生產(chǎn)是24h連續(xù)作業(yè),即使短時間的停機維修也會給生產(chǎn)帶來很大損失。

  (3)再生發(fā)電時,機械能回饋電網(wǎng),造成電網(wǎng)功率因數(shù)低。尤其在供電饋線較長的應(yīng)用場合,會加大變壓器、供電線路等方面的投資。

 ?。?)接觸器頻繁投切,電弧燒傷觸點,影響接觸器的使用壽命,設(shè)備維修成本較高。

  (5)繞線電動機滑環(huán)存在的接觸不良問題,容易引起設(shè)備的事故。

3 變頻調(diào)速方式的運行特性分析

  變頻調(diào)速的運行方式是指將電機的轉(zhuǎn)子繞組短接,通過變頻器內(nèi)的電力電子器件將工頻電網(wǎng)50hz的電壓轉(zhuǎn)換成其他頻率的電壓,加在電機的定子繞組上。通過調(diào)節(jié)變頻器輸出電壓的幅值、頻率和相位控制電機運行在期望的轉(zhuǎn)速上。其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

  與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的方式相比,變頻調(diào)速具有電機電流小、電機工作平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩脈動小、電機可控性高、節(jié)能等特點。

  變頻調(diào)速按照控制方法主要有vvvf控制、滑差頻率控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制等,其中,矢量控制能夠通過對電機的建模運算,實現(xiàn)電機磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制,具有最優(yōu)的控制性能。本文所述harsvert-fva系列高壓變頻器即采用此控制方法,其良好的控制性能,尤其適應(yīng)礦井提升機負載的需要。

  在矢量控制方式下,變頻器能夠根據(jù)測量到的電壓、電流信號,以及事先測得的電機參數(shù),根據(jù)內(nèi)建的電機模型,計算出電機的磁通位置、磁通幅值、輸出轉(zhuǎn)矩和電機轉(zhuǎn)速。而后根據(jù)該轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的偏差,對輸出轉(zhuǎn)矩進行調(diào)節(jié),如需要的輸出轉(zhuǎn)矩大于設(shè)定的“最大轉(zhuǎn)矩”,按照最大轉(zhuǎn)矩輸出。

  與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式相比,在相同的負載下,加速過程中變頻調(diào)速方式電機轉(zhuǎn)矩脈動更小,電機電流更小,低速下從電網(wǎng)吸收的功率更小。這就意味著變頻調(diào)速方式下,電機老化程度更低,加速更平穩(wěn),所乘人員舒適性更好,且具有顯著的節(jié)能效果。

HARSVERT-FVA系列高壓變頻器在煤礦提升機的應(yīng)用

4 運行現(xiàn)場情況簡介

  4.1 harsert-fva系列高壓變頻器基本情況

  此次變頻改造選用1臺harsvert-fva06/075高壓變頻器,額定電壓6kv,額定電流75a,額定功率560kw。

  harsvert-fva系列高壓變頻器是北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的新一代能量回饋型矢量控制高壓變頻調(diào)速系統(tǒng),該系統(tǒng)首創(chuàng)無網(wǎng)側(cè)電抗器的四象限單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu),通過無速度傳感器矢量控制算法對電機進行精確的控制。

  harsvert-fva系列能量回饋型矢量控制高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平的拓撲結(jié)構(gòu),由激磁涌流抑制柜、變壓器柜、功率柜和控制柜組成,主回路結(jié)構(gòu)如圖3所示。激磁涌流抑制柜內(nèi)設(shè)有真空接觸器和限流電阻,限制變頻器高壓上電時的充電電流和激磁涌流不超過其額定電流;變壓器內(nèi)裝有整流變壓器,將網(wǎng)側(cè)高壓變換為副邊的多組低壓,為功率柜中的功率單元(低壓交-直-交變流器)供電,由于變壓器副邊繞組的獨立性,使每個功率單元的主回路相對獨立,各功率單元輸出串聯(lián)構(gòu)成變頻器的高電壓輸出。變壓器柜和功率柜的拓撲結(jié)構(gòu)如圖4所示。

HARSVERT-FVA系列高壓變頻器在煤礦提升機的應(yīng)用

  功率單元是整臺變頻器實現(xiàn)變壓變頻輸出的基本單元,每個功率單元都相當于一臺交-直-交電壓源型單相低壓變頻器。功率單元整流側(cè)用igbt三相全橋可控整流,中間采用電解電容濾波和儲能,輸出側(cè)為4只igbt組成的h橋,如圖5所示。每個功率單元內(nèi)設(shè)dsp高速運算器,進行可控整流算法的運算和控制。由于采用可控整流技術(shù),變頻器的輸入電流具有較高的功率因數(shù)(pf>0.95)和較低的諧波含量(thd<4%)。

  變頻器主控系統(tǒng)通過光纖統(tǒng)一控制各功率單元的輸出側(cè)igbt,使變頻器整機輸出疊加后的多電平的pwm波形,如圖6所示。該電壓具有很高的正弦度,諧波含量很低。

  harsvert-fva系列能量回饋高壓變頻器由于采用igbt三相全橋可控整流,具有100%功率的能量回饋能力,在減速制動和下放重車時能夠?qū)⒛芰炕仞佒岭娋W(wǎng),供其他設(shè)備使用,降低企業(yè)整體電耗水平,尤其適合礦井提升等四象限運行工況需要。

  變頻器采用先進的無速度傳感器矢量控制算法,對電機的磁通和轉(zhuǎn)矩進行精確的解耦控制,能夠?qū)崿F(xiàn)零速(抱閘狀態(tài))200%轉(zhuǎn)矩啟動、頻繁快速起停、快速加速、快速制動等功能。

  harsvert-fva系列高壓變頻器對礦用提升機負載進行了特殊設(shè)計,其輸出過載能力達200%/60s,完全能滿足現(xiàn)場應(yīng)用的需要。

  4.2 現(xiàn)場變頻改造情況

  在整個的提升機系統(tǒng)中,高壓變頻器擔負著電氣傳動和調(diào)速的重任,是主控命令的執(zhí)行者,有著頻繁啟動、停止及其加減速的工作模式。當主令控制器推離零位后,經(jīng)過可編程控制器的運算發(fā)出標準的模擬量(電壓源和電流源)信號作為高壓變頻器的模擬輸入給定,高壓變頻器按主控臺發(fā)出的給定,按設(shè)定要求輸出對應(yīng)頻率和電壓驅(qū)動電動機加速運行。隨著高壓變頻器輸出頻率由最低升至最高時,提升機按設(shè)定的運行曲線加速進入等速段,當提升容器運行至減速點時,主控臺通過給定信號控制變頻器按規(guī)定要求減速運行,此時變頻器輸出頻率由最高頻率按要求逐漸降為設(shè)定的爬行速度對應(yīng)得頻率(一般為5hz左右),提升機從正常階段進入減速段運行。當速度降到設(shè)定的速度時,提升機進入到低速段(爬行段)運行,并保持該速度運行。當提升容器運行到卸載位置時,主控臺檢測到容器到位信號后,工作閘回路斷電抱閘


上一頁 1 2 下一頁

評論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉