变频调速技术

变 频 调 速 技 术 及 应 用 一 、 电 气 传 动 系 统 概 述定 义 以 交 流 （ 直 流 ） 电 动 机 为 动 力 拖 动 各 种 生 产 机 械 的 系 统 我 们 称 之 为 交 流 （ 直 流 ） 电 气 传 动 系 统 ， 也 称 交 流 （ 直 流 ） 电 气 拖 动 系 统构 成 中 间 传 动 机 构交 流 电 源输 入 终 端 机 械 交 流电 机直 流调 速装 置 直 流 输 出 减 速 箱 等 提 升 机 、 风 机 等直 流电 机交 流调 速装 置 交 流 输 出 执 行 机 构变 频器 交 （ 直 ） 流 电 气 传 动 系 统 的 特 点直 流 电 气 传 动 系 统 特 点 ：l 控 制 对 象 ： 直 流 电 动 机l 控 制 原 理 简 单 ， 一 种 调 速 方 式l 性 能 优 良 ， 对 硬 件 要 求 不 高 l 电 机 有 换 向 电 刷 （ 换 向 火 化 ） l 电 机 设 计 功 率 受 限l 电 机 易 损 坏 ， 不 适 应 恶 劣 现 场l 需 定 期 维 护 交 流 电 气 传 动 系 统 特 点 ：l 控 制 对 象 ： 交 流 电 动 机l 控 制 原 理 复 杂 ， 有 多 种 调 速 方 式l 性 能 较 差 ， 对 硬 件 要 求 较 高l 电 机 无 电 刷 ， 无 换 向 火 化 问 题l 电 机 功 率 设 计 不 受 限l 电 机 不 易 损 坏 ， 适 应 恶 劣 现 场l 基 本 免 维 护 1、 三 相 感 应 电 动 机 的 结 构（ 1） 定 子 部 分 定 子 铁 心 ： 由 导 磁 性 能 很 好 的 硅 钢 片 叠 成 导 磁 部 分 。 定 子 绕 组 ： 放 在 定 子 铁 心 内 圆 槽 内 导 电 部 分 。 机 座 ： 固 定 定 子 铁 心 及 端 盖 ， 具 有 较 强 的 机 械 强 度 和 刚 度 。（ 2） 转 子 部 分 转 子 铁 心 ： 由 硅 钢 片 叠 成 ， 也 是 磁 路 的 一 部 分 。 转 子 绕 组 ： 1） 鼠 笼 式 转 子 ： 转 子 铁 心 的 每 个 槽 内 插 入 一 根 裸导 条 ， 形 成 一 个 多 相 对 称 短 路 绕 组 。 2） 绕 线 式 转 子 ： 转 子 绕 组为 三 相 对 称 绕 组 ， 嵌 放 在 转 子 铁 心 槽 内 。 包 括 端 盖 、 风 扇 等 。（ 3） 其 它 部 分二 、 三 相 感 应 电 动 机 的 工 作 原 理 及 结 构 按 转 子 结 构 分 ： 绕 线 型 感 应 电 动 机笼 型 感 应 电 动 机 下 面 是 它 主 要 部 件 的 拆 分 图 。 右 图 是 一 台 三 相 笼 型 感 应 电 动机 的 外 形 图 。 笼 型 转 子 铁心 和 绕 组 结构 示 意 图三 相 绕 线 型转 子 结 构 图 2、 三 相 感 应 电 动 机 的 工 作 原 理 U2U1 W2 V1W1V2 1n n（ 1） 转 动 原 理 电 生 磁 ： 三 相 对 称 绕 组 通 往三 相 对 称 电 流 产 生 圆 形 旋 转 磁场 。 磁 生 电 ： 旋 转 磁 场 切 割 转 子导 体 感 应 电 动 势 和 电 流 。 电 磁 力 ： 转 子 载 流 （ 有 功 分量 电 流 ） 体 在 磁 场 作 用 下 受 电磁 力 作 用 ， 形 成 电 磁 转 矩 ， 驱动 电 动 机 旋 转 ， 将 电 能 转 化 为机 械 能 。 三 、 交 流 异 步 电 机 的 变 频 调速调 速 方 式 主 要 有 ：1、 变 极 调 速2、 变 频 调 速3、 变 转 差 率 调 速4、 转 子 串 电 阻 调 速 （ 绕 线 式 ） )1(60)1( 11 spfsnn 当 定 子 绕 组 中 通 入 三 相 电 流 后 ， 它 们 共 同 产 生 的 合 成 磁 场 是 随着 电 流 的 交 变 而 在 空 间 不 断 地 旋 转 着 ， 这 就 是 旋 转 磁 场 。 表 面 看 来 ， 只 要 改 变 定 子 电 压 的 频 率 f就 可 以 调 节 转 速 大 小了 ， 但 是 事 实 上 只 改 变 ， 并 不 能 正 常 调 速 为 什 么 呢 ? 假 设 现 在 只 改 变 f调 速 设 f上 升 ， 则 将 下 降 ， 于 是 拖 动 转 矩 T下 降 ， 这 样电 动 机 的 拖 动 能 力 会 降 低 ， 对 恒 转 矩 负 载 会 因 拖 不 动 而 堵 转 ； 倘 若 调 节 f下降 ， 则 上 升 会 引 起 主 磁 通 饱 和 ， 这 样 励 磁 电 流 急 剧 升 高 会 使 定 子 铁 芯损 耗 I2R急 剧 增 加 。 这 两 种 情 况 都 是 实 际 运 行 中 所 不 允 许 的 。 由 上 可 知 ， 只 改 变 频 率 f实 际 上 并 不 能 正 常 凋 速 。 在 许 多 场 合 ， 要 求 在 调节 定 子 供 电 频 率 的 同 时 ， 调 节 定 子 供 电 电 压 U的 大 小 ， 通 过 u和 f的 配 台 实 现不 同 类 型 的 调 频 凋 速 。 所 以 ， 变 频 的 同 时 也 必 须 变 压 ， 这 也 就 是 变 频 器 常 被 简 称 为VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 的 原 因 。 根 据 变 频 器 的 变 流 环 节 的 不 同 进 行 分 类 ：（ 1） 交 直 交 变 频 器交 直 交 变 频 器 是 先 将 频 率 固 定 的 交 流 电 整 流 成 直 流 电 ，再 把 直 流 电 逆 变 成 频 率 任 意 可 调 的 三 相 交 流 电 ， 又 称间 接 式 变 频 器 。 目 前 应 用 广 泛 的 通 用 型 变 频 器 都 是 交 直交 变 频 器 。（ 2） 交 交 变 频 器交 交 变 频 器 就 是 把 频 率 固 定 的 交 流 电 直 接 转 换 成 频 率 任意 可 调 的 交 流 电 ， 而 且 转 换 前 后 的 相 数 相 同 ， 又 称 直 接式 变 频 器 。 通 用 变 频 器 的 构 造 主 回 路 包 括 整 流 部 分 、 直 流 环 节 、 逆 变 部 分 、 制 动 或回 馈 环 节 等 部 分 。 整 流 部 分 储 能 环 节 逆 变 部 分 M控 制 系 统交 流交 流 低 压 交 直 交 通 用 变 频 器 系 统 框 图直 流 直 流 交 流整 流 电 路 将 交 流 电 变 换 成 直 流 电 ，直 流 中 间 电 路 对 整 流 电 路 的 输 出 进 行 平 滑 滤 波 ，逆 变 电 路 将 直 流 电 再 逆 变 成 交 流 电 。 单 相 逆 变 电 路 工 作 原 理S1S4 S2S3Ed U1 S1,S3导 通 S2,S4导 通 S1,S3导 通S2,S4导 通 S1,S3导 通 S2,S4导 通f1f2EdU1逆 变 器 的 功 能 ： l 通 过 改 变 开 关 管 导 通 时 间 改 变 输 出 电 压 的 频 率l 通 过 改 变 开 关 管 导 通 顺 序 改 变 输 出 电 压 的 相 序 S1S4 S5S2S3S6U VEd W 561UUVUVWUVW 612 123 234 345 456 561 612Ed缺 点 ： l 输 出 电 压 的 谐 波 分 量 太 大l 电 机 谐 波 损 耗 增 加 ， 发 热 严 重 甚 至 烧 坏 电 机l 转 矩 脉 动 较 大 ， 低 速 运 行 时 影 响 转 速 的 平 稳l 直 到 从 通 信 技 术 中 采 用 PWM调 制 才 大 大 的 缓 解 了 以 上 问 题电 机 PWM调 制 载 波 PWM（ Pulse Width Moduration） 调 制l PWM控 制 是 利 用 半 导 体 开 关 器 件 的 导 通 与 关 断 把 直 流 电 压 变 为 一 系 列 等 幅 (幅值 等 于 输 入 直 流 电 压 )电 压 脉 冲 序 列 ， 控 制 电 压 脉 冲 宽 度 和 脉 冲 序 列 的 周 期 以 达到 变 压 变 频 的 目 的 。 改 变 开 关 通 断 时 间 比 就 可 以 改 变 输 出 电 压 的 大 小 。l 逆 变 器 的 输 出 脉 冲 的 幅 度 取 决 于 逆 变 器 直 流 电 压 ， 脉 冲 的 宽 度 取 决 于 控 制 电 压uc， 而 脉 冲 宽 度 的 变 化 周 期 就 是 控 制 信 号 的 周 期 1 f。控 制 电 压 载 波 控 制 电 压 交 流 调 速 的 控 制 核 心 是 ： 只 有 保 持 电 机 磁 通 恒 定 才 能 保 证 电 机 出 力 ， 才 能 获 得 理 想 的 调 速 效 果V/F控 制 简 单 实 用 ， 性 能 一 般 ， 使 用 最 为 广 泛l 只 要 保 证 输 出 电 压 和 输 出 频 率 恒 定 就 能 近 似 保 持 磁 通 保 持 恒 定 例 : 对 于 380V 50Hz电 机 ， 当 运 行 频 率 为 40HZ时 ， 要 保 持 V/F 恒 定 ， 则 40HZ时 电 机 的 供 电 电 压 :380 （ 40/50) 304V l 低 频 时 ， 定 子 阻 抗 压 降 会 导 致 磁 通 下 降 ， 需 将 输 出 电 压 适 当 提 高矢 量 控 制 性 能 优 良 ， 可 以 与 直 流 调 速 媲 美 ， 技 术 成 熟 较 晚l 模 仿 直 流 电 机 的 控 制 方 法 ， 采 用 矢 量 坐 标 变 换 来 实 现 对 异 步 电 机 定 子 励 磁 电 流 分 量 和 转 矩 电 流 分 量 的 解 耦 控 制 ， 保 持 电 机 磁 通 的 恒 定 ， 进 而 达 到 良 好 的 转 矩 控 制 性 能 ， 实 现 高 性 能 控 制 。 性 能 优 良 ， 控 制 相 同 复 杂 ， 直 到 90代 计 算 机 技 术 迅 速 发 展 才 真 正 大 范 围 使 用 1、 朱 庄 矿 井 下 提 升 机 1140V 500KW隔 爆兼 本 安 型 四 象 限 变 频 调 速 电 控 装 置四 、 变 频 调 速 技 术 在 集 团 公 司 的 应 用 朱 庄 矿 井 下 副 暗 立 井 提 升 机 型 号 为 2JK-3/11.5， 双滚 筒 ， 滚 筒 直 径 3m， 电 动 机 为 500KW、 6KV、 490转 分 ，提 升 最 大 速 度 Vm=6.71m/s。 关 键 技 术 ：A、 500KW、 1140V大 功 率 四 象 限 防 爆 变 频 器 的 主 回 路 结构 ， 采 用 3300V/400A高 电 压 、 大 功 率 IGBT模 块 ， 结 构 紧凑 ， 体 积 小 ， 安 装 方 便 。B、 采 用 无 速 度 传 感 器 矢 量 控 制 技 术 ；C、 采 用 AFE的 自 换 向 控 制 技 术 实 现 能 量 回 馈 制 动 ；D、 采 用 双 PLC完 成 井 下 提 升 机 的 各 种 保 护 及 控 制 ；E、 采 用 真 空 热 管 散 热 技 术 解 决 大 功 率 防 爆 变 频 装 置 的散 热 问 题 。目 标 ： 实 现 提 升 全 过 程 变 频 调 速 控 制 ， 满 足 提 升 机 各 种运 行 方 式 ， 电 气 防 爆 ， 满 足 煤 矿 安 全 规 程 要 求 ， 安全 可 靠 ， 技 术 先 进 ， 维 修 方 便 ， 节 能 降 耗 等 。 系 统 组 成 1140V 500KW隔 爆 兼 本 安 型 四 象 限 变 频 调 速 电 控 装置 划 分 为 ： 变 频 调 速 系 统 (由 输 入 电 抗 器 箱 +VFD1、 变 频器 箱 +VFD2、 输 出 电 抗 器 箱 +VFD3组 成 )； PLC控 制 系统 (由 PLC控 制箱 +DS、 司 机台 +PA组 成 )；信 号 系 统 (+LM)。系 统 组 成 图 所 示 。 无 速 度 传 感 器 矢 量 控 制 技 术 。采 用 全 数 字 无 速 度 传 感 器 矢 量 控 制 ， 变 频 器 在 低 频 运 行时 ， 也 保 证 有 100%额 定 力 矩 输 出 。 最 大 转 矩 为 额 定 转 矩的 2倍 ， 0.5HZ即 可 达 到 1.7倍 以 上 的 起 动 转 矩 。 电 气 制 动 方 式 为 AFE回 馈 制 动（ 1） 能 耗 制 动 的 变 频 绞 车 电 控二 象 限 变 频 器 配 上 制 动 单 元 和 制 动 电 阻 后 ， 可 以 进 行 四 象限 运 行 。 由 于 电 动 机 的 再 生 能 量 完 全 消 耗 在 电 阻 上 ， 浪 费了 大 量 的 电 能 ， 因 而 这 类 变 频 器 适 用 在 小 功 率 的 电 机 上 ，并 且 也 适 用 在 非 防 爆 的 矿 井 提 升 机 上 。 (2)采 用 回 馈 单 元 此 系 统 虽 然 也 是 回 馈 制 动 ， 但 其 整 流侧 为 六 脉 动 整 流 桥 ， 为 不 可 控 整 流 。 因 此 当 再 生 能 量 产 生时 ， 通 过 回 馈 单 元 经 自 耦 变 压 器 回 馈 电 网 ， 此 时 回 馈 电 网的 波 形 接 近 于 方 波 ， 故 在 回 馈 时 对 电 网 造 成 非 常 大 的 污 染 。 （ 3） 采 用 AFE技 术 的 四 象 限 变 频 绞 车 电 控整 流 器 与 逆 变 器 具 有 相 同 的 主 回 路 结 构 ， 是 由 IGBT模 块 组成 。 其 显 著 特 点 是 电 源 侧 电 流 波 形 为 正 弦 波 ； 功 率 因 数 可调 ； 可 工 作 在 电 动 或 发 电 状 态 ； 有 电 压 提 升 功 能 可 补 偿 电网 电 压 降 低 的 影 响 ； 在 发 电 状 态 时 ， 当 电 网 电 压 消 失 时 不会 造 成 逆 变 失 败 。 采 用 AFE自 换 向 变 频 新 技 术 ， 使 绞 车 在 减 速 段 或 重 物 下放 操 作 时 系 统 能 自 动 转 入 发 电 反 馈 状 态 ， 使 制 动 更 平 稳 ，结 构 更 简 单 ， 大 大 提 高 了 安 全 可 靠 性 能 。网 侧 变 频 器 采 用 PWM斩 波 调 制 ， 使 输 入 电 流 波 形 为 正 弦波 ， 大 大 减 小 对 电 网 的 谐 波 污 染 ， 总 谐 波 电 流 含 量 4%。 系 统 特 点 ：（ 1） 结 构 紧 凑 、 体 积 小 、 移 动 方 便 。（ 2） 以 全 数 字 变 频 调 速 为 基 础 ,以 矢 量 控 制 技 术 为 核 心 ，使 异 步 电 机 的 调 速 性 能 可 以 与 直 流 电 机 相 媲 美 。 表 现 在 低频 转 矩 大 、 调 速 平 滑 、 调 速 范 围 广 、 精 度 高 、 节 能 明 显 等 。（ 3） 操 作 简 单 、 运 行 稳 定 、 故 障 率 低 、 基 本 免 维 护 。（ 4） 功 率 因 数 高 （ 0.95以 上 ） ， 谐 波 含 量 符 合 国 标 。 2、 矿 井 主 扇 风 机 高 压 变 频 调 速 装 置近 年 来 ， 许 多 矿 井 采 用 对 旋 式 主 扇 风 机 ， 该 类 型 风 机 采 用 交 流隔 爆 异 步 电 机 双 电 机 拖 动 ， 靠 调 节 叶 片 角 度 改 变 风 量 。 这 种 调节 必 须 在 风 机 停 机 时 才 能 进 行 ， 调 整 困 难 ， 且 范 围 小 ； 另 一 种调 节 方 式 是 调 节 风 机 电 机 转 速 。海 孜 矿 中 央 风 井 配 置 两 台 BD-II-8-26型 对 旋 风 机 ， 一 用 一 备 ，每 台 风 机 配 置 两 台 450kW、 6kV防 爆 型 鼠 笼 电 机 。 因 矿 井 通 风系 统 变 化 ， 风 机 叶 片 角 度 已 调 到 最 小 ， 并 使 用 风 门 调 节 风 量 。这 样 造 成 风 机 系 统 运 行 效 率 低 ， 电 能 浪 费 大 ， 运 行 状 况 差 。 风 机 型 号 ： BD-II-8-No.26 变 频 器 变 频 器 型 号 ： HIVERT-Y06/120P 静 压 ： 1200-4200Pa 额 定 输 入 电 压 ：6+15%kV风 量 ： 185-95m3/s 额 定 输 入 电 流 ： 120A厂 家 ： 湖 南 湘 潭 平 安电 气 集 团 输 出 电 压 ： 0-6kV电 动 机 型 号 ： YBF630SI-8 输 出 电 流 ： 0-120A功 率 ： 2 450kW 输 出 频 率 ： 0-50Hz额 定 电 压 ： 6kV 控 制 方 式 ： 空 间 电 压矢 量 控 制额 定 电 流 ： 2 56.6A额 定 转 速 ： 744r/min 海 孜 矿 中 央 风井 主 扇 风 机 *风 机 变 频 调 速 节 能 分 析 变 频 调 速 是 通 过 改 变 电 源 频 率 f来 调 节 电 动 机 转 速 的 。 根 据风 机 、 水 泵 的 相 似 定 律 ， 变 速 前 后 风 量 、 风 压 、 轴 功 率 与 转 速之 间 关 系 为 ：Q1/Q2=n1/n2H1/H2=（ n1/n2） 2P1/P2=（ n1/n2） 3Q1 、 H1、 P1风 机 在 n1转 速 时 的 风 量 、 风 压 、 轴 功 率 ；Q2、 H2、 P2风 机 在 n2转 速 时 相 似 工 况 条 件 下 的 风 量 、 风 压 、轴 功 率 。 假 如 转 速 降 低 一 半 ， 即 ： n2/n1=1/2， 则 P2/P1=1/8， 可 见降 低 转 速 能 大 大 降 低 轴 功 率 达 到 节 能 的 目 的 。 调 节 风 机 转 速 与 调 节 风 门 改 变 风 量 ， 风 机 运 行 的 工 况 点 和 特 性如 图 所 示 。 调 节 通 风 机 转 速 改 变 风 量 的 运 行 方 式 节 电 效 果 显 著 。 本 项 目 首 次 将 单 元 串 联 多 电 平 式 高 压 变 频 调 速 技 术 应 用 于 矿井 主 扇 风 机 上 ， 改 变 了 风 机 运 行 工 况 ， 提 高 了 风 机 运 行 效 率及 装 备 水 平 ， 确 保 了 矿 井 通 风 安 全 。 由 于 两 个 电 机 的 参 数 一样 ， 由 一 台 1000kW容 量 的 高 压 变 频 器 控 制 两 台 电 机 ， 开 环 定速 运 行 ， 风 量 风 压 控 制 在 满 足 矿 井 的 需 要 ， 大 大 降 低 能 耗 ，减 少 维 修 工 作 量 。 因 此 ， 研 制 高 压 变 频 调 速 装 置 ， 降 低 风 机运 行 速 度 ， 同 时 调 整 叶 片 角 度 在 最 佳 角 度 ， 风 机 在 高 效 区 域运 行 ， 既 满 足 矿 井 风 量 要 求 ， 又 提 效 节 能 。 风 机 供 电 系 统 图变 频 器2#切 换 柜 1#切 换 柜 3#切 换 柜1#风 机 2#风 机I段 母 线 II段 母 线 系 统 结 构高 压 变 频 器 采 用 交 -直 -交 直 接高 压 （ 高 -高 ） 方 式 ， 主 电 路 开关 元 件 为 IGBT。 由 于 IGBT耐 压所 限 ， 无 法 直 接 逆 变 输 出 6KV，而 因 开 关 频 率 高 、 均 压 难 度 大等 技 术 难 题 无 法 完 成 直 接 串 联 。采 用 功 率 单 元 串 联 ， 叠 波 升 压 ，充 分 利 用 常 压 变 频 器 的 成 熟 技术 ， 具 有 很 高 的 可 靠 性 。 单 元 A1 单 元 B1 单 元 C1 电 动 机输 入 三 相 交 流 电源 单 元 A2 单 元 C2单 元 B2单 元 A3 单 元 C3单 元 B3单 元A4 单 元 C4单 元B4单 元 A5 单 元 C5单 元 B5移 相 二次 线 圈 隔 离 变 压 器 功 率 单 元 图 HIVERT 高 压 变 频 器 6KV系 列 主 电 路 图 变 频 器 输 出 是 将 每 相 5个 三 相 输 入 、 单 相 输 出 的 低 压功 率 单 元 串 联 叠 波 得 到 。 3相 输 出 Y接 ， 中 性 点 悬 浮 ，得 到 驱 动 电 机 所 需 的 可 变 频 三 相 高 压 电 源 。 图 3.4为6kV 变 频 器 的 电 压 叠 加 示 意 图 。线 电 压 相 电 压 6kV电 压 叠 加 图 l 隔 离 变 压 器 付 边 采 用 延 边 三 角 形 接 法 ， 绕 组 间 有 12 的 相位 差 ， 相 当 于 30脉 冲 整 流 输 入 ， 从 而 消 除 了 大 部 分 由 单 个功 率 单 元 所 引 起 的 谐 波 电 流 。 下 图 为 6kV系 列 输 入 电 流 实录 波 形 ， 电 流 峰 值 120A， 几 近 完 美 的 正 弦 波 。 无 需 在 输入 侧 安 装 滤 波 器 ， 正 常 调 速 范 围 内 功 率 因 数 大 于 0.95， 无需 功 率 因 数 补 偿 电 容 ； 可 以 减 少 无 功 输 入 ， 降 低 供 电 容 量 。输 入 电 流 波 形 LL 快 熔 二 极 管 整 流 直 流 环 节 逆 变 输 出 单 元 输 出原 理 功 率 单 元 功 率 单 元 通 过 光 纤 接 收 信 号 ， 采 用 空 间 矢 量 正 弦 波 脉 宽 调 制 （ PWM） 方 式 ， 控 制 Q1Q4 IGBT的 导 通 和 关 断 ， 输 出 单 相 脉 宽 调 制 波 形 。 功 率 单 元 具 有 旁 路 功 能 。 系 统 构 成 方 案 ：为 了 充 分 利 用 变 频 器 和 保 证 系 统 运 行 的 可 靠 性 ， 系 统 共 设 置 了 三个 切 换 柜 。 下 图 为 高 压 变 频 器 改 造 过 程 中 高 压 变 频 器 柜 ， 变 频 器电 源 柜 和 三 台 切 换 柜 。 3#切 换 柜 对 应 东 台 风 机 ， 2#切 换 柜 对 应 西台 风 机 ， 1#切 换 柜 的 手 柄 打 到 上 位 置 时 变 频 器 输 出 对 应 2#切 换 柜 ，1#切 换 柜 的 手 柄 打 到 下 位 置 时 变 频 器 输 出 对 应 3#切 换 柜 。 变 频 器 单 元 柜变 频 器 变 压 器 柜变 频 器 电 源 柜1#切 换 柜2#切 换 柜3#切 换 柜 中 央 风 井 高 压 变 频 器 系 统 布 置 图 串 联 铜 排散 热 器Y接 中 点 短 接 线快 熔三 相 输 入 电 缆输 出 电 流 检 测 通 讯 光 纤单 元 固 定 螺 钉 变 频 改 造 实 现 的 效 果 ： （ 1） 可 以 实 现 远 程 监 控 ， 对 矿 井 精 确 配 风 ， 确 保 矿 井 通 风 安 全 。 （ 2） 节 电 效 果 显 著 。 改 造 前 海 孜 矿 中 央 风 井 风 机 运 行 效 率 低 ， 在45 以 下 ， 采 用 高 压 变 频 调 速 装 置 后 ， 风 机 效 率 提 高 到 78 以 上 ，年 节 电 92万 KWh。 （ 3） 变 频 器 根 据 设 定 频 率 调 节 电 动 机 的 转 速 ， 实 现 风 机 的 转 速 自动 控 制 ， 投 入 变 频 器 后 风 机 进 风 闸 门 全 部 打 开 ， 增 设 DCS控 制 系 统 后 ，实 现 风 机 的 远 程 联 网 控 制 ， 实 现 无 人 操 作 。 （ 4） 减 少 了 对 电 网 的 冲 击 ， 延 长 了 电 机 及 风 机 的 使 用 寿 命 。 （ 5） 维 护 量 减 少 。 采 用 变 频 调 速 后 ， 风 机 的 振 动 、 噪 音 和 温 度 明显 降 低 3、 朔 里 矿 付 井 提 升 机 高 压 变 频 调 速 电 控装 置现 场 技 术 参 数 ：电 机 ： 6kV/630kW 减 速 机 ： 11.5 滚 筒 ： 直 径 3米 井 深 ：234.8米 最 大 提 升 速 度 ： 7.66米 加 速 时 间 ： 14秒 减 速 时 间 ： 13秒 l 朔 里 矿 副 井 提 升 高 度 234.8m， 原 提 升 速 度 为 8.1m/s，超 速 运 行 ， 不 符 合 煤 矿 安 全 规 程 规 定 ， 属 重 大 安全 隐 患 。l 整 个 系 统 在 运 行 期 间 ， 出 现 失 控 区 ， 易 造 成 减 速 段 超速 。l 整 个 系 统 调 速 性 能 差 ， 机 械 冲 击 大 ， 系 统 运 行 不 稳 定 。l 高 压 低 频 换 向 装 置 ,型 号 为 CC5150N/63， 服 务 年 限长 ， 机 构 老 化 ， 存 在 严 重 安 全 隐 患 ； 安 全 性 能 差 ， 故障 率 高 ， 噪 音 大 ， 能 耗 高 ， 降 低 了 系 统 的 安 全 性 ， 给系 统 的 正 常 运 行 带 来 隐 患 ； 维 护 量 大 ， 维 护 点 多 ， 维护 费 用 高 。 l 一 个 提 升 周 期 为 180秒 ， 分 为 加 速 、 高 速 运 行 、 减 速 、 低 速 爬行 、 停 机 五 个 过 程 。 为 了 提 高 日 采 煤 量 ， 必 须 压 缩 提 升 周 期 ， 要 求提 升 机 在 10秒 内 从 OHz上 升 到 50Hz运 行 。 又 在 10秒 内 提 升 机 从 额定 转 速 降 到 2Hz运 行 ， 提 升 机 转 筒 ,斗 车 惯 量 很 大 ， 减 速 过 程 中 将 产生 80%额 定 功 率 的 能 量 回 馈 。 矿 井 提 升 机 运 行 特 点 如 下 ：l恒 转 矩 起 动 ， 转 动 惯 量 大 ；l频 繁 启 停 ， 正 反 转 交 替 运 行 。 3分 钟一 个 周 期 ， 急 起 急 停 ， 需 要 变 频 器 具备 四 象 限 运 行 能 力 ， 提 升 急 停 或 重 物下 放 时 变 频 器 将 再 生 电 能 送 向 电 网 ； l恒 转 矩 低 速 爬 行 时 需 求 速 度 平 稳 l 要 求 ：l （ 1） 原 有 电 控 系 统 和 电 动 机 等 保 留 ， 增 加 高 压 变 频调 速 装 置 ；l （ 2） 利 用 用 现 有 的 操 作 控 制 系 统 控 制 新 变 频 装 置 ，并 可 使 新 老 系 统 切 换 工 作 。 要 求 变 频 器 可 以 用 双 电源 供 电 ， 可 以 自 由 切 换 使 用 两 台 电 机 。l 方 案 ：l （ 1） 按 着 要 求 ， 在 原 来 系 统 上 增 加 一 台 高 压 开 关 柜 ；增 加 两 台 高 压 切 换 柜 ， 来 切 换 高 压 电 源 和 电 机 ；l （ 2） 在 两 台 电 机 的 主 轴 上 安 装 轴 编 码 器 ；l （ 3） 增 加 HIVERT-YVF06/077高 压 变 频 器 一 台 。 变 频 器 相 关 参 数型 号 ：HIVERTYVF06/077输 入 电 压 ： 6kV输 出 电 压 ： 0-6kV输 出 电 流 ： 0-77A输 出 频 率 ： 0-50Hz运 行 方 式 ： 四 象 限控 制 方 式 ： 带 速 度 反馈 的 矢 量 控 制 l高 压 变 频 调 速 柜 是 该 系 统 的 调 速 设 备 ， 具 有能 量 回 馈 特 性 的 四 象 限 高 压 变 频 调 速 装 置 及 其它 必 要 的 电 器 组 成 ， 用 于 向 交 流 电 机 供 电 。l高 压 变 频 调 速 装 置 将 50Hz工 频 变 成 050Hz连续 可 调 的 变 频 电 源 ， 电 动 状 态 时 从 电 网 吸 取 能量 ， 使 电 动 机 产 生 电 动 力 ； 制 动 状 态 时 工 作 于逆 变 状 态 ， 将 能 量 返 回 电 网 ， 使 电 动 机 产 生 制动 力 ， 完 成 对 电 机 启 动 、 调 速 、 验 绳 、 低 于 额定 速 度 运 行 等 控 制 过 程 。 l 带 速 度 反 馈 的 矢 量 控 制 ：调 节 矢 量 控 制 控 制 功 率 单 元串 联 控 制采 用 转 子 带 速 度 反 馈 的 矢 量 控 制 技 术 。在 转 子 磁 场 定 位 坐 标 下 电 机 定 子 电 流 分 解 成 励 磁 电 流 与 转 矩 电 流 。维 持 励 磁 电 流 不 变 ， 控 制 转 矩 电 流 也 就 控 制 电 机 转 矩 。 电 机转 速 采 用 闭 环 控 制 。 实 际 运 行 中 给 定 转 速 与 实 际 转 速 的 差 值通 过 PID调 节 生 成 转 矩 电 流 IT。 经 过 矢 量 变 换 将 IT、 IM变 换 为 电 机 三 相 给 定 电 流 Ia*、 Ib*、 Ic*， 它 们 与 电 机 运 行 电 流 相 比较 生 成 三 相 驱 动 信 号 。 单 元 A1 单 元 B1 单 元 C1电 动 机输 入 三 相 交 流 电源 （ 6 ） 单 元 A2 单 元 C2单 元 B2单 元 A3 单 元 C3单 元 B3单 元 A4 单 元 C4单 元 B4单 元 A5 单 元 C5单 元 B5移 相 二次 线 圈主 隔 离 变 压 器 功 率 单 元 单 元 C6单 元 B6单 元 A6 主 功 率 系 统1、 隔 离 变 压 器 ： 隔 离 变 压器 为 输 入 6000V， 输 出580V的 移 相 变 压 器 ， 为 每个 单 元 单 独 提 供 动 力 电 源 ；2、 功 率 单 元 ： 每 个 功 率 单元 是 一 个 独 立 的 变 频 器 ，即 可 以 为 电 机 提 供 变 频 后的 电 源 ， 有 可 以 通 过 控 制 ，实 现 有 源 逆 变 ， 能 量 在 单元 内 实 现 双 向 流 动 。 功 率 单 元 单 元 输 出直 流 环 节缓 冲 环 节快 熔 + Q3Q1 Q4 L2L1Q2+R +TS DI2DI1 DI3DI4 DI6DI5RST滤 波 环 节WVU 同 步 整 流 和 有 源 逆 变功 率 单 元 由 功 率 单 元 本 身 和 滤 波 环 节 组 成 ：1、 滤 波 环 节 ： 由 Y型 接 法 的 电 容 和 三 相 电 抗 器 组 成 ；2、 功 率 单 元 本 身 ： 由 快 熔 、 缓 冲 环 节 、 同 步 整 流 和 有 源逆 变 环 节 、 直 流 环 节 、 单 元 逆 变 输 出 环 节 组 成 。 功 率 单 元 单 元 正 面 图 单 元 侧 面 图 现 场 运 行 对 比 图用 变 频 器 的 运 行 图 用 老 系 统 的 运 行 图 特 点 和 创 新 点l 主 要 特 点 和 创 新 点 ：l （ 1） 采 用 单 元 串 联 多 电 平 式 结 构 ， 实 现 提 升 全 过 程 变 频调 速 闭 环 控 制 、 无 级 调 速 和 多 速 度 等 级 运 行 ， 满 足 副 井提 升 机 各 种 运 行 工 况 及 特 殊 载 荷 运 行 条 件 ；l （ 2） 采 用 AFE自 换 向 变 频 控 制 技 术 实 现 能 量 回 馈 ， 可 实现 四 象 限 运 行 ， 可 靠 性 高 ， 输 入 侧 功 率 因 数 高 且 波 形 畸变 小 ；l （ 3） 采 用 矢 量 控 制 技 术 ， 电 机 启 动 转 矩 大 ， 过 载 能 力 强 ，能 保 证 200%额 定 转 矩 输 出 1分 钟 。 l （ 4） 节 电 效 果 显 著 ， 与 原 电 控 系 统 相 比 ， 可 节 电 30 左右 ； 与 原 转 子 串 电 阻 调 速 控 制 电 路 可 以 互 相 切 换 ， 互 为备 用 。l l 朔 里 矿 副 井 电 控 系 统 改 造 成 变 频 调 速 后 ， 克 服 了 原 系 统 的 缺 陷 ， 具有 以 下 优 点 ：l (1) 解 决 了 煤 矿 安 全 规 程 第 424条 规 定 ： 立 井 罐 笼 提 升 最 大 速 度不 得 超 过 v=0.5=0.5 =7.66 m/s， 原 朔 里 矿 副 井 速 度 为 8.1m/s(工 频50赫 兹 状 态 下 )， 现 高 压 变 频 运 行 最 高 频 率 为 46.66赫 兹 ,最 大 速 度 为7.6m/s7.66 m/s。 符 合 煤 矿 安 全 规 程 规 定 。l (2) 有 良 好 的 调 速 性 能 ， 调 速 精 度 高 。 启 动 、 制 动 平 稳 ， 调 速 连 续 方便 ， 连 续 平 滑 调 节 ， 提 升 人 员 时 使 乘 罐 人 员 乘 座 舒 适 ； 低 速 爬 行 平稳 ， 定 位 精 度 高 ； 通 过 减 少 爬 行 距 离 ， 缩 短 了 提 升 时 间 ， 增 大 了 日提 升 量 。l (3)启 动 及 加 速 过 程 冲 击 电 流 小 ， 提 升 机 在 重 载 下 从 低 速 平 稳 无 级 平滑 的 升 至 高 速 ， 没 有 大 电 流 出 现 ， 减 小 了 对 电 网 的 冲 击 ， 延 长 设 备寿 命 。 l 4)四 象 限 运 行 ， 能 快 速 进 行 正 、 反 转 运 行 ， 制 动 时 ， 将 能 量 回 馈 电网 ， 节 约 能 源 ； 节 能 效 果 显 著 ， 据 实 测 可 达 到 30%以 上 。l (5)降 低 了 运 行 噪 声 、 发 热 量 ， 改 善 了 现 场 环 境 ； 自 动 化 程 度 高 ， 操作 简 单 ， 降 低 司 机 劳 动 强 度 和 操 作 难 度 ， 改 善 了 司 机 的 工 作 环 境 ，使 噪 音 及 室 温 降 低 。 l (6)电 控 系 统 现 场 变 更 控 制 内 容 十 分 简 单 ， 安 装 调 试 容 易 。关 键 器 件 采 用 高 可 靠 性 进 口 产 品 ， 电 子 元 件 全 部 进 行 老化 筛 选 ， 保 证 了 产 品 质 量 。 变 频 系 统 无 需 原 电 控 调 速 用的 交 流 接 触 器 及 调 速 电 阻 ， 可 靠 性 大 为 提 高 。 这 样 ， 每天 用 于 维 护 电 控 系 统 的 人 员 和 材 料 大 为 降 低 。 另 外 ， 故障 减 少 ， 提 高 了 劳 动 生 产 率 。 采 用 模 块 式 结 构 ， 一 旦 电路 出 现 故 障 ， 可 快 速 更 换 ， 不 影 响 生 产 。l (7)输 入 、 输 出 谐 波 含 量 低 ， 输 入 功 率 因 数 高 。 可 以驱 动 普 通 交 流 异 步 电 动 机 ， 在 有 交 流 提 升 机 电 控 系统 改 造 时 可 以 保 留 原 电 动 机 ， 不 用 购 置 专 用 变 频 调速 电 机 ， 并 且 不 需 增 加 谐 波 抑 制 及 无 功 补 偿 装 置 ，减 少 改 造 难 度 和 设 备 投 资 。l