異步提升機系列

 

同步提升機系列

  

• （6kV/10kV）315-4500kW/400-6000kVA
• HIVERT-Y(T)VF 礦井提升機高壓變頻器

 

 

啟動柜

當變頻器適配電機功率≥1800kW時，系統(tǒng)增配啟動柜。啟動柜可以有效抑制變壓器上電瞬間的激磁涌流，防止引起上級電源柜速斷保護裝置動作，還可以為單元直流電容預充電。

啟動柜中配置啟動電阻，可降低上電產(chǎn)生的沖擊電流。不同容量變頻器啟動電阻阻值及功率有所不同，預充電后，按照設定程序，通過真空接觸器短接電阻。

 

 變壓器

隔離變壓器為干式變壓器，采用強迫風冷：原邊為星形接法，與進線高壓直接相連或通過啟動柜相連；副邊繞組為延邊三角形接法，繞組間有固定的相位差，通過電抗器為功率單元提供電源。

變壓器配有溫控儀，控制系統(tǒng)通過溫控儀實時監(jiān)控變壓器繞組溫度：當變壓器繞組溫度較高時，系統(tǒng)發(fā)出輕故障報警并開啟變壓器底部風機；當溫度超過報警或跳閘設定值時，系統(tǒng)發(fā)出輕故障報警或跳閘信號。

 

功率單元

功率單元輸入端與電抗器相連后接變壓器二次線圈的三相低壓輸出。當變頻器適配電機功率小于1800kW時，功率單元增加緩沖環(huán)節(jié)，用以單元預充電限流及保護輸入側IGBT。

  

當變頻器適配電機功率超過或等于1800kW時，取消單元緩沖環(huán)節(jié)，由啟動柜實現(xiàn)單元預充電限流及保護輸入側IGBT功能，因此功率單元與電抗器直接相連。

 

HIVERT-Y(T)VF系列產(chǎn)品理論具備100%額定功率的能量回饋能力。功率單元利用IGBT進行同步整流：同步整流控制器實時檢測單元輸入電壓幅值及相位，通過控制整流側IGBT所產(chǎn)生的電壓與單元輸入電壓的相位差，從而控制電功率在電網(wǎng)與功率單元之間的流向——單元電壓相位超前，功率單元將電能回饋給電網(wǎng)，反之電功率由電網(wǎng)注入功率單元。

電功率的大小及流向由單元電壓決定。就同步整流而言，整流側相當于一個穩(wěn)壓電源，相位差偏差通過矢量控制算法、PID調(diào)節(jié)生成。

 

控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由控制器、接口板和人機界面（包括柜門按鈕等）組成。

 

HIVERT-YVF系列變頻器采用轉子帶速度反饋的矢量控制技術。在轉子磁場定位坐標下，電機定子電流分解成勵磁電流與轉矩電流。維持勵磁電流不變，控制轉矩電流也就控制了電機轉矩。電機轉速采用閉環(huán)控制。實際運行中給定轉速與實際轉速的差值通過PID調(diào)節(jié)生成轉矩電流i_T*。經(jīng)過矢量變換將i_T*、i_M*與實際反饋回的勵磁電流i_M轉矩電流i_T相比較，經(jīng)過空間矢量控制，*終生成三相電壓驅(qū)動信號。

  

HIVERT-TVF系列變頻器通過矢量控制系統(tǒng)的解耦, 速度給定（頻率給定）與速度反饋相減得出速度誤差，速度誤差經(jīng)PI調(diào)節(jié)后輸出轉矩電流給定iqref；idref勵磁電流給定是根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)需要進行調(diào)整其值根據(jù)不同的電機和負載得出的經(jīng)驗值。

電機三相電流反饋ia、ic經(jīng)傳感器采樣，然后再根據(jù)轉子位置電氣角度θ進行Clarke變換，變換后輸出ialpha、ibeta；ialpha、ibeta經(jīng)Park變換輸出id、iq；id、iq值與給定值iqref、idref求誤差，進行PI調(diào)節(jié)后輸出Vsqref、Vsdref；Vsqref、Vsdref和轉子位置電氣角度θ經(jīng)過Park逆變換輸出Valpha、Vbeta；Valpha、Vbeta經(jīng)過Clarke逆變換輸出電機定子三相電壓Va、Vb、Vc值；三相電壓Va、Vb、Vc值作為PWM（脈寬調(diào)制）的比較值比較輸出PWM波形到逆變器從而驅(qū)動電機旋轉。

合康礦井提升機用四象限高壓變頻器有HIVERT-YVF和HIVERT-TVF兩種系列。其中，HIVERT-YVF適配異步電機，HIVERT-TVF適配同步電機。這兩種系列變頻器均由移相變壓器、功率單元和控制系統(tǒng)（包括：控制器、接口板和人機界面）構成。

當變頻器適配電機功率≥1800kW時，系統(tǒng)增配啟動柜。

 

1、有PG矢量控制方式

 

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器采用有PG矢量控制方式，在全頻率段穩(wěn)定輸出正弦波電流。系統(tǒng)可以對勵磁電流和轉矩電流分別進行控制，并具有動態(tài)響應速度快、電機的加（減）速度特性好等優(yōu)點。此外，由于系統(tǒng)配置速度編碼器，因此電機調(diào)速范圍廣，且系統(tǒng)能夠?qū)崟r準確的監(jiān)測電機實際轉速，具有電機超速保護能力。另外，在配合外部保護信號情況下，可實現(xiàn)短時、快速有效電氣制動。

 

 

2、額定功率回饋能力

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器中功率單元采用PWM全控整流方式，功率單元利用IGBT進行同步整流，通過控制整流側IGBT所產(chǎn)生的電壓與單元輸入電壓的相位差，從而控制電功率在電網(wǎng)與功率單元之間的流向，使變頻器*大回饋功率達到額定輸出功率，達到短時制動的要求。

 

 

3、低頻高轉矩輸出

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器具有對轉矩電流單獨控制的特點，使電機在低轉速下能夠輸出較大轉矩，滿足提升機對啟動轉矩的要求。此外，在提升機系統(tǒng)啟動時，盤形閘松開前變頻器能夠提供初始轉矩電流，避免罐籠在松閘后溜車。

 

4、自動識別參數(shù)功能

對于矢量控制方式下所需的電機相關數(shù)據(jù)，HIVERT-YVF系列變頻器可通過“空載啟動”模式進行參數(shù)辨識，檢測空載勵磁電流I₀和轉子時間常數(shù)Tr，這兩個參數(shù)對于變頻器能否以*優(yōu)性能運行至關重要。

HIVERT-TVF系列變頻器可通過“轉子定位”啟動模式自動辨別電機轉向，所以安裝時無需考慮編碼器及電機旋轉正方向，編碼器可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活安裝在電機軸端或尾端。此外，電機轉子及定子磁極一般不可見，而絕對值式編碼器不但可以同步檢測轉子的速度，而且能通過脈沖數(shù)量準確計算出轉子磁極相對于定子磁極的相對位置，從而將同步電機轉子提前定位到同步運行狀態(tài)。

 

 

5、轉速閉環(huán)控制

在電機運行過程中，轉速通過脈沖編碼器構成閉環(huán)控制。HIVERT-Y(T)VF系列變頻器速度調(diào)節(jié)器會自動調(diào)整電機速度，以達到*快的速度響應、*小的超調(diào)范圍。

 

 

6、電流閉環(huán)控制

在電機運行過程中，電流通過霍爾傳感器構成閉環(huán)控制。HIVERT-Y(T)VF系列變頻器電流調(diào)節(jié)器會自動調(diào)節(jié)變頻器輸出電流，以達到*快的電流響應、*小的電流波動。

 

 

7、雙（多）機聯(lián)動控制功能

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器具有雙（多）機聯(lián)動控制功能。當主機接收到外部啟動信號后，主機啟動，同時將主機數(shù)據(jù)（包括：啟停信號、運行頻率和轉矩電流）通過光纖實時通訊至從機；從機準確跟蹤主機轉速、轉矩，與主機保持同步。

 

HIVERT-Y(T)VF系列每臺變頻器配置接收和發(fā)送兩個光纖通訊接口實現(xiàn)主從控制。多機聯(lián)動系統(tǒng)內(nèi)每一臺電機均配有編碼器，各個電機速度或速度及轉子位置信號均可反饋至相應變頻器。因此，多機聯(lián)動系統(tǒng)內(nèi)所有變頻器均具有發(fā)送主機數(shù)據(jù)、監(jiān)控電機轉速或轉子位置的功能，用戶可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活設置一臺變頻器為主機、其余變頻器為從機。

 

礦井提升機用四象限高壓變頻器—— HIVERT-Y(T)VF系列

 

 

變頻器額定容量	315-4500kW/400-6000kVA※
額定電壓	6kV/10kV（-20%～+15%）※
額定頻率	50Hz/60Hz（-10%～10%）※
調(diào)制技術	矢量控制加空間矢量控制技術
控制電源	380VAC，1-20kVA(依功率等級而定)
輸入功率因數(shù)	>0.96
效率	>0.96 變頻部分>98%
輸出頻率范圍	0Hz～120Hz※
頻率分辨率	0.01Hz(0.00Hz-80.00Hz)，或0.002Hz
瞬時過流保護	200% 立即保護（可根據(jù)用戶要求定制）
過載能力	120% 2分鐘；150% 3秒；
限流保護	10%-150%設定
模擬量輸入	兩路4～20mA
模擬量輸出	四路4～20mA
上位通訊	隔離RS485接口，ModBus RTU; Profibus DP; 工業(yè)以太網(wǎng)規(guī)約（可選）
加減速時間	5秒～1600秒（與負載相關）
開關量輸入輸出	12入/13出（輸出可擴展）
運行環(huán)境溫度	-5～+45℃※
貯存/運輸溫度	-40～+70℃※
冷卻方式	強迫風冷
環(huán)境濕度	<95%，不結露※
安裝海拔高度	<1000米，高于海拔1000米，每增加100米降額1%運行
粉塵	不導電、無腐蝕性，＜6.5mg/d ｍ３ ※
防護等級	IP30※
柜體顏色	PANTONE Cool Gray 1U ＆2915U（或根據(jù)用戶提供色標定制）

※超出范圍請咨詢北京合康億盛變頻科技股份有限公司
本產(chǎn)品適用于煤礦地面主井、副井等提升設備，低瓦斯礦井井下，適用對象包括井下暗斜井、暗立井；單水平、多水平；單卷筒、雙卷筒等礦井提升機。主要應用于礦井提升機以及各種實驗平臺。

      變頻器穩(wěn)態(tài)輸出電流260A，提升時*大加速電流400A，下放時*大減速電流350A，運行穩(wěn)定。

系統(tǒng)在重載情況下啟動，變頻器的輸出波形很平穩(wěn)，系統(tǒng)的啟動過程均勻加速，無較大沖擊電流。從圖1中可以看出電流超前于電壓，系統(tǒng)運行的功率因數(shù)基本處于超前狀態(tài)。

 

 

經(jīng)濟效益分析

• 吳桐莊礦主井提升系統(tǒng)完成變頻調(diào)速工程以后，具有以下優(yōu)點：
• 啟動轉矩大，爬行區(qū)有勁兒，加、減速快速平穩(wěn)，全速運行時速度保持度好。啟動和加減速階段基本不存在機械沖擊，極大的延長了設備的使用壽命；
• 縮短提升時間，產(chǎn)量高。新系統(tǒng)一勾的提升時間約為110s，時間效率得到提高；
• 再生制動，能量回饋，節(jié)約電能；
• 閘瓦磨損小，輸入輸出諧波含量極低，對電網(wǎng)無污染，對周邊設備無干擾。維護量小；
• 實現(xiàn)了軟啟動、軟停車，減少了機械沖擊，使運行更加平穩(wěn)可靠。
• 起動及加、減速時沖擊電流很小，減輕了對電網(wǎng)的沖擊，簡化了操作、降低了工人的勞動強度。
• 起動轉距、低頻轉距、制動轉距均符合規(guī)定的要求。
• 運行速度曲線成S形，使加減速平滑、無撞擊感。
• 遠控及顯示正常，使操作方便、觀測更直觀。
• 安全保護功能齊全，除一般的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等保護外，還設有聯(lián)鎖保護、自動限速保護功能等
• 當減速制動及重物下放時，能實現(xiàn)能量回饋。

 

改造后優(yōu)點

 

 

序號	項目	完成變頻安裝后
1	加減速時間	加減速時間恒定不隨負載變化，與司機操作無關，提高了生產(chǎn)效率
2	機械沖擊	無機械沖擊
3	電網(wǎng)沖擊	啟動時輸出電流為額定1.2倍左右，等速段、減速段、爬行段無輸出電流沖擊， 啟動時網(wǎng)側電流為額定電流的0.3—0.4倍，無沖擊
4	低速爬行	速度閉環(huán)控制，低速爬行穩(wěn)定；可以在0.1m/s的低速平穩(wěn)運行
5	司機操作	操作簡單、容易，勞動強度小
6	重物下放	再生制動，能量回饋到電網(wǎng)，節(jié)約能量
7	系統(tǒng)節(jié)能	系統(tǒng)節(jié)能明顯，一般在10%-30%左右
8	功率因數(shù)	網(wǎng)側功率因數(shù)0.95以上，符合國家標準
9	電機發(fā)熱	因電流減小，電機發(fā)熱明顯減少
10	閘瓦磨損	閘瓦磨損小，減少粉塵，改善了值班環(huán)境
11	環(huán)境溫度	無大功率發(fā)熱器件，改善了值班環(huán)境
12	諧波問題	**無諧波變頻器，輸入輸出諧波含量低，對電網(wǎng)無污染，對其他設備無干擾
13	噪聲	無噪聲，改善了值班環(huán)境
14	啟動力矩	啟動轉矩大，可以達到額定力矩的2倍
15	維護	維護量小

 

 

我公司自主研發(fā)的驅(qū)動同步電機、四象限運行的大功率高壓變頻器已經(jīng)成功運行于礦井提升機大功率同步電機負載。高壓同步電機全數(shù)字化矢量控制變頻器具有四象限運行、啟動轉矩大、恒轉矩輸出、調(diào)速范圍寬、諧波小等顯著特點。填補了國內(nèi)相關技術領域的空白，打破了國外持久以來的壟斷現(xiàn)狀，為民族產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新、開拓起到了榜樣作用。