【演讲致辞】提升机高压变频电控模版课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,矿井主提升机高压变频调速装置,Jiaozuo Huafei Electronic & Electric Co.,Ltd.,焦作华飞电子电器工业,1、概述 矿山提升机是矿井生产的咽喉，对矿井的生产及平安起着非常重要的作用。 传统大多数矿井提升机普遍使用交流绕线式电机转子串电阻调速控制系统，上述调速方式技术落后，且运行效果差，转子串电阻调速产生大量的能耗；占地面积大；控制电路复杂，接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏，启动电流大，运行不平稳，噪声大，严重污染环境。,淮北矿业集团公司朔里矿副井原有提升电控系统采用交流绕线式电机转子串电阻调速控制系统,其高压、低频换向装置，是70年代投入运行的，型号为CG5150N/63，使用到至今，缺陷突出表现在：属于有级调速，低速转矩小，转差功率大，启动电流和电阻切换时电流冲击大，加减速时振动大，电气制动性能差。,并存在以下问题：1朔里矿副井提升高度，根据?煤矿平安规程?第424条规定：立井罐笼提升最大速度不得超过v=0.5=7.66 m/s，原提升速度为，不符合?煤矿平安规程?规定，属重大平安隐患。从等速段过渡到减速段的切换过程中，出现失控区；升降人员和重物下放时，易造成减速段超速，平安回路动作，紧急停车。3整个系统调速性能差，机械冲击大。4高压低频换向装置,型号为CG5150N/63，技术落后，可靠性差，噪音大；机构复杂，维护点多，工作量大。,随着电气传动技术,尤其是变频调速技术的开展,单象限高压变频调速技术已经根本成熟。研制提升机高压大功率四象限变频调速装置，使提升机在整个运行过程中实现无极变频调速，扩大交流提升机应用范围，提高电控装备水平。 目前，高压变频装置尚未在煤矿3m以上副井提升机上使用。我公司研制开发的HFGP型矿井提升机四象限高压变频调速装置，在朔里矿副井提升机上使用，成功解决了以上问题。,2、主要问题研究、目标及关键技术矿井提升机运行特点如下：负载变化大，运行工况复杂，系统转动惯量大，起动转矩大。频繁启停，正反转交替运行，恒转矩起动；调速性能平滑，范围宽，精度高，恒转矩低速爬行时需求速度平稳。系统保护齐全，平安可靠，符合?煤矿平安规程?要求。典型矿井提升机电机速度曲线如以下图:,从速度曲线上看，一个提升周期为70秒，分为加速、等速运行、减速、低速爬行、停机五个过程。为了满足?煤矿平安规程?要求，必须降低等速运行的速度，要求提升机在19秒内从OHz上升到运行。又在13秒内提升机从额定转速降到运行，提升系统转动惯量大，减速过程中将产生80%额定功率的能量回馈。,2.2 对提升机高压变频器的技术要求 矿山提升机是煤炭企业生产的关键设备，要求高压变频器具有极高的可靠性。特别是对于副井提升，一方面用于提升人员，另一方面负载变化大。提升机对变频器要求有以下主要特点：1要求技术先进，可靠性高，适应恶劣的使用环境；2要求能实现四象限运行，解决能量回馈，电气减速或重物下放时变频器将再生电能送向电网；3启动力矩、低频力矩、加速力矩、制动力矩有严格要求。 启动转矩2倍以上，150%额定电流以下连续运行，200%额定电流一分钟保护。要求有完善的数字控制功能。4调速性能平滑，范围宽，精度高，恒转矩低速爬行时需求速度平稳，并满足多速度等级长期运行。,2.5 关键技术1引入单元串联多电平高压变频调速技术，可以实现系统无级调速，及多速度等级平稳运行。2采用转子带速度反响的矢量控制技术。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。3功率单元利用IGBT进行同步整流，同步整流控制器实时检测单元电网输入电压，利用锁相控制技术得到电网输入电压相位，控制整流逆变开关管所构成的相位与电网电压的相位差，便可控制电功率在电网与功率单元之间的流向。,矢量控制高压变频矿井提升机创新点主要有两点：1在功率单元串联高压变频器技术根底上，首先采用矢量控制技术，攻克了功率单元串联的矢量控制技术这一难题，从而使得系统具有较高的动态转矩控制性能，矢量控制技术由于实现了电机励磁电流与转矩电流之间的解耦，电机转矩易于控制，因而实现了矿井提升重载起动，且与传统提升机相比，获得同样的转矩所对应的电机电流小。,2实现功率单元同步整流技术，在功率单元串联型高压变频器内，首先采用功率单元同步整流，解决了电网电能与变频器之间能量双向传递这一技术难题，提升情形下，同步整流从电网中吸取电能通过电机将电能转化成机械能，提升重物，快速制动或重物下降时电机处于发生电状态，电机将机械转换成电能注入功率单元，此时同步整流电路将注入的电功率单元输送给电网，系统处于发电状态实现了能量回馈这一功能。,3、系统工作原理矢量控制原理 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。控制原理框图如图：,主电路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。,图为6kV系列每相六单元串联输入电流实录波形，电流峰值120A，几近完美的正弦波。,图输入电流波形,变频器输出是将多个三相输入、单相输出的低压功率单元串联叠波得到。如额定输出580VAC功率单元六个串联时产生3450V相电压相输出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。以下图为6kV变频器系列的电压叠加示意图。,图为6kV六单元变频器输出的Uab线电压波形实录图，峰值电压为。因为电机电感的滤波效果，输出电流波形更优于电压波形，图即为输出电流Ia的实录波形图，峰值电流130A。电压等级数量的增加，大大改善了变频器的输出性能，输出波形几乎接近正弦波。,图3.6 输出线电压波形,图3.7 输出电流波形,3.3 功率单元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。,功率单元处于同步整流状态的波形,功率单元处于有源逆变状态的波形,3.4 控制系统控制系统：1、控制器：为整个控制系统的核心局部，担负着SPWM波形的计算、输出、单元通讯、局部信号的检测等重要任务；2、接口板：主要负责现场开关量和模拟的输入输出，负责外部保护；3、人机界面：对控制器下达工作指令，显示变频器状态,产品特性,1、变压器由于采用36脉冲移相整流技术，因此输入侧功率因素高且波形畸变小；,2、由于采用单元串联技术，PWM移相控制，因此变频器输出阶梯电压波形，输出电流谐波很小；,3、因采用矢量控制技术，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；,4、速度闭环控制从而使得低速运行平稳；,5、变频器具备额定功率能量回馈能力，被控电机可实现急起急停。,5、设备改造方案及现场试验过程,设备改造方案 全数字高压变频提升机电控系统，采用1台高压变频调速装置构成变频驱动系统，通过各类传感器采集设备运行状态信息，配合主控台完成所有的提升工艺控制和保护功能。系统设计有变频调速和转子串电阻调速两套设备，可以互相切换，以便于设备维修和提高系统可靠性。,JTDK-GBP提升机电控系统对老设备改造的原理框图,主要运行方式,备用运行方式,现场技术参数,(淮北,朔里矿),电机：6kV/630kW 减速机：11.5 滚筒：直径3米 井深：米 最大提升速度：米 加速时间：14秒 减速时间：13秒,该套变频调速电控系统于2006年10月3日，在朔里矿副井安装完成。整套高压变频调速电控系统包括一台新高压开关柜、一台新老系统切换柜、一台电机切换柜、一套高压变频器。为了确保平安可靠，变频调速系统与原调速系统互为备用，随时可以切换，新老系统均用原操作台控制。,控制系统调整情况： 朔里矿副井井筒罐道为组合罐道，绞车在正常停车位置启动后，罐笼从稳罐道脱离稳罐道长度5米后，进入组合罐道以及罐笼在井底从组合罐道脱离进入稳罐道时，衔接时如速度过高容易产生振动以及绞车在停车时，由于闸的空行程停车瞬间对绞车也容易产生振动。为防止上述情况采用了相应方案处理。,通过操作台PLC编程控制FX2N-4DA输出，从而控制变频器在整个运行过程中的运行频率。在启动时前4米内频率控制为速度为；加速段频率从，速度从，加速时间13秒；减速段频率从，速度从降到，减速时间14秒，确保在距井底5米内速度降到，接近井口1米频率，速度降为。整个运行曲线如下：,现场拍摄的速度图如下：,用变频器的运行图,用老系统的运行图,通过以上偏移控制，绞车整体运行非常平稳。,7、技术经济分析 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：(1) 使交流提升机实现了无级调速，可以与直流调速性能相媲美，提高了提升机技术装备水平。2解决了提升最大速度超标的平安隐患。(3) 有良好的调速性能，调速精度高。(4)启动及加速过程冲击电流小，延长设备寿命。(5)四象限运行，节电效果显著，据实测可到达30%以上。(6)降低了运行噪声，改善了现场环境；自动化程度高，操作简单。 (7)变频电控系统简单，安装调试方便。 (8)谐波含量低，网侧功率因数高。,几种调速方式的比较电阻调速,缺点,调速不稳,耗电量大,故障率高,有失控区,优点,设备初建造价低廉,几种调速方式的比较直流12脉动,优点,能连续调速,转矩特性好,节能性能优,缺点,设备繁多,谐波污染,功率因数电机维护,几种调速方式的比较高压变频,高压变频调速方案,优点,能连续调速,转矩特性好,节能性能优,设备最少,谐波污染,功率因数,电机维护,对比内容,高压变频,直 流,交 流,（转子串电阻）,调速特性,连续,连续,有级,使用维护量,小,大,大,安全性能,良好,良好,差,运行效果,良好,良好,差,节电效果,好,好,差,使用设备量,4台,12台,7台,建筑面积,小,大,大,系统造价,适中,适中,低,对比内容,高压变频,直 流,交 流,（转子串电阻）,外部接口,少,多,多,安装调试,易,中,复杂,状态显示,清晰,清晰,简单,事故分析,易,中,难,进线谐波,小,中,无,出线谐波,小,中,无,功率因数,高,低,高,技术性能,高,中,低,以上比照依据,1、高压变频使用鼠笼电机，直流使用他励式电机，交流使用绕线转子电机。,2、电机功率按1000kW选择，电网为6000V供电，设备为常规配置。,矿井提升机不同调速方案的性能比照,8、结论 本高压变频电控系统适用于矿山交流提升机老式电控系统改造及新提升机电控系统配置，提高了矿山提升机调速控制技术和装备水平。在高压变频器技术根底上，成功应用矢量控制及同步整流技术，让系统不仅具备优越的转矩控制性能，而且能实现大转动惯量快速制动及重物下放所带来的大功率能量回馈。该高压变频调速电控系统不仅提高了矿山交流提升系统的平安性和可靠性，确保了提升机高质量运行，而且其技术性能到达国内领先、国际先进水平，实现了高转矩、高精度、宽调速范围驱动，是交流提升机电控系统开展的方向，经济效益、社会效益显著。,JTDK-GBP提升机高压变频电控系统构成,主控台,变频调速柜,JTDK-GBP提升机高压变频电控系统构成,系统控制部分,传动局部,控制回路采用操作台式结构，除位置、速度、压力、温度、电流等必要的信号采集传感器和终端执行设备外， 所有控制回路均装到操作台中。常规设计的系统中原来附设的控制柜(屏)、测速发电机、给定自整角机和凸轮板、磁放大器、交流稳压电源、后备保护、信号屏、温度检测仪、平安回路动作记忆、松绳煤位继电器、反转滑绳保护装置等全部不再需要，大大简化了现场设备,也减少了故障产生的几率和维护工作量。,JTDK-GBP变频调速柜,采用单元串联结构技术，具有AFE能量回馈特性的矢量控制型四象限变频技术，直接驱动鼠笼电动机形成电控系统。具有类似和优于直流电动机的优良机械特性，具有接近于1的功率因数和大于95的能量转换效率，节能效果非常显著。不仅使提升机运行过程获得优良条速性能，而且使用维护简单，整机效率高，是提升机电控系统开展的方向。各功率单元全部一样，如有故障十几分钟可更换好。,节能统计,测量时间,提升勾数,总耗电量,单勾耗电量,24小时,696,7740,10.69,24小时,674,4800,7.12,以该矿年产100万吨煤计算，年可节约,60,万度电,33.40%,现场条件 ：,1、容器装载能力：6T有定量装载设备； 2、车房供电单独计量； 3、测量时间2006年10月15日8点-10月16日8点共频运行， 2006年10月13日8点-10月14日8点变频运行。,电机型号：YR143-39-12,电机功率：630KW,电机电压：6000V,电机电流：,绕线转子电动机动力制动,GBP系列高压变频器节能比较焦作局九里山矿主井,设备运行效果,5、改善提升机运行的平安性：用于矿井提升工况时下能有效消除减速失控区，消除了因失控区存在引起超速造成的不平安隐患。,2、连续平稳调速：使用变频调速后，整个运行过程实现无极调速。,6、设备使用现场维护工作简单换单元5分钟、控制器15分钟,1、传动设备从6台减少到2台，最大程度的简化了现场,降低综合造价(基建+设备+维护)。,4、低速大转矩、能量回馈效率高，节电大于30%，设备运行本钱低。,3、输出正弦性好，对电动机和电缆长度无要求,JTDK-GBP提升机高压变频器电控装置的主要优点,6、用低压功率器件形成高压变频调速设备,2、高质量电源输入和完美的输出性能，满足国家电网的要求。,输入功率因数0.97 总谐波含量4%,功率单元叠波，具有完美的正弦输出，不会因为谐波力矩而增加电机温升，使电机降容使用。,由于du/dt小，驱动普通高压电动机不影响使用寿命，对电缆无任何长度限制。,4、优良的转矩特性和低速特性满足提升机运行工况的要求矢量控制技术,5、高效的能量回馈功能节电30%以上,1、提升机电控装置具有使用设备少，结构简洁、功能强大，保护齐全、故障率低的、维护方便、人机友好的特点。,3、消除失控区，提高了系统的平安性。,7、主控台和变频柜采用全中文人机界面，故障判断简单。,8、事实证明JTDK-GBP提升机高压变频器电控装置，是立足现场、性能最正确、节能和运行本钱最低的提升机电控方案,