榮信 高壓變頻器在九道嶺煤礦交流提升系統(tǒng)的應(yīng)用

一、項(xiàng)目概述 北票煤業(yè)是由省市縣三級(jí)政府協(xié)調(diào)組建的股份制民營(yíng)企業(yè)，公司以煤炭采選、油頁(yè)巖采煉、機(jī)械制造加工制造為主業(yè)。公司下設(shè)冠山煤礦、三寶煤礦、臺(tái)吉四井、臺(tái)吉豎井、九道嶺煤礦、選煤廠、鐵路運(yùn)輸部、機(jī)電總廠、精密鑄造廠、耐火材料廠、水泥廠、北塔油頁(yè)巖公司等生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位。 北票煤業(yè)九道嶺礦提升機(jī)采用技術(shù)落后的轉(zhuǎn)子串電阻交流調(diào)速電氣傳動(dòng)方案，存在著較大的能量浪費(fèi)；調(diào)節(jié)性能差；負(fù)荷啟動(dòng)對(duì)電機(jī)及電網(wǎng)沖擊大，破壞設(shè)備絕緣、機(jī)械磨損加劇、降低設(shè)備使用壽命等突出問(wèn)題。 針對(duì)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，本著節(jié)能降耗并實(shí)現(xiàn)科技進(jìn)步的目的，榮信公司采用高壓變頻系統(tǒng)替換了原有落后的控制方式，除可避免上述技術(shù)缺陷外，高壓變頻還可節(jié)約大量電能，提高運(yùn)力外，同時(shí)也是對(duì)企業(yè)降低運(yùn)營(yíng)成本，提升生產(chǎn)效率的有效手段。

二、原系統(tǒng)存在的問(wèn)題   

● 轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能造成能源浪費(fèi)； ● 因?yàn)殡娮柚荒芊旨?jí)切換，該調(diào)速方式屬于有級(jí)調(diào)速。它的固有缺點(diǎn)是設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，易引起電氣及機(jī)械沖擊； ● 起動(dòng)電流和切換電流沖擊大； ● 線(xiàn)繞電機(jī)滑環(huán)存在接觸不良問(wèn)題，容易引起設(shè)備故障； ● 設(shè)備體積大，發(fā)熱嚴(yán)重使工作環(huán)境惡化（甚至使環(huán)境溫度高達(dá)60℃以上）； ● 設(shè)備維護(hù)工作量大、維護(hù)費(fèi)用高； ● 功率因數(shù)低。

三、變頻改造方案

根據(jù)負(fù)載情況，普通高壓變頻器無(wú)法滿(mǎn)足提升機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，故榮信公司采用RHVC-A06/2500-TF型四象限變頻器一套，采用全數(shù)字PLC電控系統(tǒng)一套，共同組成全新的提升機(jī)變頻電控系統(tǒng)，適用于2*1000kW雙機(jī)提升系統(tǒng)，同時(shí)老系統(tǒng)作為備用。

3.1高壓變頻系統(tǒng)主要工作特性： ① 采用矢量控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)主井提升機(jī)的正力和負(fù)力四象限牽引，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行； ②按PLC電控系統(tǒng)給定的速度圖和有關(guān)指令實(shí)現(xiàn)主井提升機(jī)的速度控制； ③具有優(yōu)良的調(diào)速性能； ④實(shí)現(xiàn)與機(jī)械制動(dòng)閘的協(xié)調(diào)控制； ⑤具有在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)空載及負(fù)載條件下優(yōu)良的機(jī)械特性和滿(mǎn)足10噸提升的帶負(fù)載能力； ⑥具有完善的故障診斷和保護(hù)能力 3.2變頻器參數(shù)： 高壓變頻器容量: 2500kVA 額定輸入電壓/允許變化范圍： 6kV?10% 額定輸入頻率/允許變化范圍：50?10%Hz 系統(tǒng)輸出電壓：0～6kV 頻率輸出范圍：5～50Hz 輸出頻率分辨率：0.01Hz 變頻裝置效率：額定負(fù)載下 ≥96.5% 功率因數(shù)：＞0.95 諧波畸變：輸入電壓<2%，輸出電壓<3%，輸出電流<3%< span=""> 過(guò)載能力： 110%、1分鐘 輔助電源：380V?10%  AC  50?1 Hz （三相四線(xiàn)） 控制方式： 閉環(huán)/開(kāi)環(huán) 操作鍵盤(pán)： 嵌入式人機(jī)界面（中文） 環(huán)境濕度： ＜95%，  冷卻方式:  熱管散熱 絕緣等級(jí)： F級(jí) 噪聲等級(jí)：≤80dB 防護(hù)等級(jí):    IP21

四、變頻器原理說(shuō)明

榮信高壓變頻裝置已通過(guò)國(guó)家權(quán)威高壓變頻裝置測(cè)試中心—國(guó)家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢驗(yàn)（型式試驗(yàn)），提升機(jī)四象限變頻經(jīng)過(guò)科技成果鑒定。

榮信RHVC系列高壓變頻器采用直接高壓輸入，直接高壓輸出（高-高）的方式，省去了輸出升壓變壓器，采用1700V高壓IGBT模塊，每相6組串聯(lián)滿(mǎn)足6kV高壓輸出，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性。

RHVC系列高壓變頻器采用目前國(guó)際流行的功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，每個(gè)功率單元都是一臺(tái)三相輸入、單相輸出的脈寬調(diào)制型四象限低壓變頻器，技術(shù)可靠，結(jié)構(gòu)和性能完全一致，極大的提高了高壓變頻器的可靠性與維護(hù)性；采用疊波技術(shù)，最大限度的消除了高壓變頻器輸出電壓中的諧波含量，電壓波形接近于標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，大大改善了變頻器的輸出性能，是真正的“完美無(wú)諧波”高壓變頻器。

單個(gè)功率單元主電路結(jié)構(gòu)如下所示：

功率單元主要由可控整流電路、逆變電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、故障檢測(cè)電路、通訊電路、顯示電路等組成，單元輸入側(cè)串有回饋電抗器。另外，每個(gè)功率單元都能顯示自己的中間直流電壓值、工作狀態(tài)和故障信息等。當(dāng)功率單元發(fā)生故障后將會(huì)向控制柜發(fā)出信號(hào)，控制機(jī)將會(huì)及時(shí)的處理。 針對(duì)本項(xiàng)目，榮信公司采用最優(yōu)的每相6個(gè)單元串聯(lián)疊加方式，主電路如下所示：

變頻改造后帶來(lái)的收益： 交流電機(jī)因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，重量輕、壽命長(zhǎng)、故障率低、維修方便、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)得以廣泛應(yīng)用，而交流變頻拖動(dòng)的提升主傳動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)槠涞退僬{(diào)速平穩(wěn)、能重載起動(dòng)、有較強(qiáng)的過(guò)載能力等優(yōu)良的性能將是礦井提升的發(fā)展方向。            

采用牽引型高壓變頻調(diào)速裝置的變頻調(diào)速提升系統(tǒng)與交流繞線(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式對(duì)比，將給用戶(hù)帶來(lái)以下收益：

◆  提升機(jī)系統(tǒng)安全得以提高，操縱更加容易     系統(tǒng)能自動(dòng)高精度地按設(shè)計(jì)的提升速度圖控制提升速度，極大地降低了提升機(jī)的操縱難度；減速時(shí)電力制動(dòng)自動(dòng)減速，提升機(jī)司機(jī)無(wú)需再用施閘手段控制提升機(jī)減速，避免了超速、過(guò)卷的發(fā)生，杜絕了人工操作失誤。 ◆  檢繩對(duì)罐運(yùn)行平穩(wěn)受控     特別設(shè)計(jì)的檢繩對(duì)罐運(yùn)行程序，在鋼絲繩維護(hù)檢查及罐道檢查時(shí),司機(jī)只需通過(guò)簡(jiǎn)單操作就可使絞車(chē)平穩(wěn)運(yùn)行在0—0.5m/s之間的任意速度。 ◆   提升系統(tǒng)電能消耗明顯下降     每年可節(jié)約電能消耗約20-40%。     變頻調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子電阻被短接，加、減速階段消耗在電阻上的大量電能被節(jié)約，系統(tǒng)減速時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的能量直接向電網(wǎng)反饋。 ◆  功率因數(shù)顯著增加     功率因數(shù)將從轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的0.8左右提高到0.95以上，大大提高了設(shè)備對(duì)電網(wǎng)容量資源的利用率，減少了因無(wú)功電流引起的線(xiàn)路損耗。 ◆  生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高     能可靠的按系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最短時(shí)間加、減速，顯著縮短了一次提升時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。徹底解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)中用制動(dòng)閘施閘或電機(jī)斷電自然減速來(lái)操控低速運(yùn)行時(shí)，速度波動(dòng)大、難于控制又不安全的難題；  ◆  電機(jī)發(fā)熱大幅減輕     與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速相比電機(jī)定子溫度平均下降10?C左右，轉(zhuǎn)子溫度平均下降20?C左右,使電機(jī)運(yùn)行的故障率大幅度減少。 ◆  系統(tǒng)維修量大幅度減少     由于實(shí)現(xiàn)了提升全過(guò)程的電力牽引與電力制動(dòng)，變頻器能實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)四象限運(yùn)行，機(jī)械閘只有在停車(chē)和安全回路保護(hù)動(dòng)作時(shí)才起作用，因此閘瓦的磨耗大幅度減少；     由于變頻運(yùn)行機(jī)械特性很硬，不易發(fā)生鋼繩打滑，這將明顯減少鋼繩和鋼繩襯墊磨損；     由于電壓和頻率均連續(xù)可調(diào)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流可得到有效控制，轉(zhuǎn)矩沖擊不再存在，明顯地減少轉(zhuǎn)子電阻有級(jí)變速出現(xiàn)的齒輪箱和鋼絲繩等設(shè)備的機(jī)械故障，減少了設(shè)備的維修量和維修費(fèi)用。 ◆  人員和設(shè)備工作條件得到改善     由于大功率調(diào)速電阻群無(wú)需使用，將徹底解決工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度過(guò)高的問(wèn)題；     由于減速過(guò)程用電力制動(dòng)代替機(jī)械制動(dòng)，可消除機(jī)械制動(dòng)閘瓦磨損造成的飛塵，司機(jī)的工作條件的將得到明顯的改善；     無(wú)諧波污染，不干擾其他設(shè)備H橋串聯(lián)多電平高壓變頻器在本質(zhì)上幾乎不存在諧波污染，不需增加治理投資；高壓變頻系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、安全設(shè)備和通訊設(shè)備等其他設(shè)備不造成任何干擾。 五、結(jié)論 榮信四象限高壓變頻器具有高度實(shí)用性和易用性，該設(shè)備用于礦井提升機(jī)電機(jī)控制： 1) 智能控制，節(jié)約人工。 2) 按需靈活調(diào)整，節(jié)能顯著,改善工作環(huán)境。 3) 軟啟動(dòng),對(duì)電機(jī)機(jī)沖擊小，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。 4) 對(duì)供電回路檢測(cè)精準(zhǔn)，對(duì)負(fù)載保護(hù)完善，保護(hù)及時(shí)合理，保障系統(tǒng)安全。 5) 可縮短提升時(shí)間，提高提升機(jī)的生產(chǎn)效率。 未來(lái)社會(huì)效益：該產(chǎn)品為煤礦井系統(tǒng)切實(shí)所需的安全節(jié)能高效設(shè)備。眾所周知，在國(guó)內(nèi)各種能源需求應(yīng)用中煤炭遙居首位，且今后也將長(zhǎng)期依賴(lài)。故該產(chǎn)品市場(chǎng)潛力巨大，得到廣泛推廣應(yīng)用后，其每年可節(jié)約電能過(guò)百萬(wàn)，如在其它領(lǐng)域（如風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)等）應(yīng)用節(jié)能效果同樣顯著。若全面普及，每年可節(jié)約數(shù)千萬(wàn)資金，值得在行業(yè)內(nèi)大力推廣使用。 參考文獻(xiàn)： RHVC高壓變頻器用戶(hù)手冊(cè)．榮信電力電子股份有限責(zé)任公司  趙承荻． 電機(jī)與電氣控制技術(shù)2002.8 韓安榮． 通用變頻器及其應(yīng)用[ M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2 0 0 4 ．   李華德等．交流調(diào)速控制系統(tǒng)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2003：23～35，93～97. 陳伯時(shí)，陳敏遜．交流調(diào)速系統(tǒng)[M] (第2版). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.