变频器在矿山绞车变频调速的应用.ppt

内蒙古科技大学煤炭学院毕业设计答辩,院系：内蒙古科技大学煤炭学院机电工程系 专业：电气自动化技术 班级：10-1班 姓名：于学涛 学号：1029309121 指导教师：张博 李宇 设计题目：变频器在矿山提升绞车调速中的应用及分析,1、单位介绍,内蒙古大中矿业书记沟铁矿是年产800万吨铁矿石、铁精粉的大型矿山企业。 2013年3月1日接签约单位内蒙古大中矿业通知到岗实习，实习期间我分在大中矿业的机动部电工组。实习期间主要参与了大中矿业分公司黑脑包铁矿绞车提升系统、空压机的电控系统、还有供配电系统及变频柜、开关柜等电气设备的安装任务。,2、简述,本设计主要介绍：矿用提升绞车、高压三相异步电动机、北京合康变频器设备认识及变频调速的原理。重点分析了介绍提升绞车调速的优越点，分析了北京合康变频器的工作原理。,矿山提升绞车,井架,3、矿井提升机系统简介,矿井提升机是一种大型绞车。用钢丝绳带动容器（罐笼或箕斗）在井筒中升降，完成输送物料和人员的任务。矿井提升机是由原始的提水工具逐步发展演变而来。目前，我国单绳缠绕式提升机，广泛采用交流绕线式电动机拖动，提升过程一般包括：起动加速、匀速、减速、爬行和停车几个主要环节,2、异步电动机变频调速原理,交流电动机的转速公式为： 式中，n为转速，f1为定子电压频率；p为极对数，s为转差率。因此交流异步电动机的调速方法为：变频调速、变极调速和变转差率调速。具体归纳如下： 变极调速：对笼型转子 变转差率调速：调压调速 转子串电阻对绕线型 变频调速：交交变频调速 交直交变频调速,矿井提升机的传动方案,根据提升机对电控系统的要求，提升机的电气传动方案一般有以下几种，现将几种传动方案进行比较。 1、绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速系统 2、GM直流可逆调速系统： VM直流可逆调速系统： 交流电动机交交变频调速系统：,变压变频调速的基本控制方式,三相异步电动机定子每项电动势的有效值为： 由式可知，只要控制好 和 ，便可达到控制磁通m 的目的，对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。 1、基频以下调速 由上式可知，要保持 m 不变，当频率 f1 从额定值 f1N 向下调节时，必须同时降低 E1 ，使 。,近似地补偿定子压降。带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于下图中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。如图1所示。,2、基频以上调速 在基频以上调速时，频率应该从f1N向上升高，但定子电压Us 却不可能超过额定电压UsN ，最多只能保持Us = UsN ，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。把基频以下和基频以上两种情况的控制特性画在一起，如下图所示。如果电机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在允许温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化，按照电力拖动原理，在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。如图2所示。,温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化，按照电力拖动原理，在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。如图2所示。,5、北京合康变频器的工作原理,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输人电压幅值及相位，通过控 制整流侧IGBT所产生的电压与单元输入电压的相 位差，从而控制电功率在电网与功率单元之间的流 向一单元电压相位超前，功率单元将电能回馈给 电网，反之电功率由电网注人功率单元。 电功率的大小及流向由单元电压决定。就同步 整流而言，整流侧相当于一个稳压电源，相位偏差 通过单元稳压值与单元实际电压误差、PID调节生,主电路图,6、合康变频器原理拓扑,4、变频调速的优点,变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变同步转速，从而实现交流电机调速的一种方法，变频调速调速范围宽，平滑性好。具有优良的动、静特性，是一种理想的高效、高性能的调速手段 变频调速系统可以直接在线启动，启动转矩大，启动电流小，减小了对电网和设备的冲击，并具有转矩提升功能，节省软启动装置。 变频器内置功能多，可满足不同工艺要求，具有外部接口端子，可同计算机，PLC联机。便于实现自动控制,变压器柜、单元柜,整体变频器柜,绞车控制台内部线路,4、对内蒙古大中矿业书记沟铁矿四号井副井的变频改造设计,（1）、矿井提升机概况 内蒙古大中矿业书记沟铁4号井矿（风井区）副井提升系统，目前，副井提升机电控系统多采用交流电动机转子回路串电阻调速，由于采用常规继电器控制，导致系统调速 精度低,可靠性差，维护费用大，电机启动电流及切换电流冲击大，设备运行不平稳，易引起电气及机械冲击；且 控制线路复杂，工作稳定性和可靠性差，缺少故障诊断。,功能，排查故障困难；转子回路串接电阻，白白消耗电能造 成能源浪费；电机滑环处容易发生接触不良，引发设备故障，造成维护工作量增加及维修材料费用升高；并且所有 接线端子裸露在外，暴露在空气中，给提升安全带来极大的危害。因此，对该类型提升机电控调速系统进行改造升 级是非常必要的,（2）原矿井提升机系统概述,在加速过程中，交流接触器KM1KM10逐级吸合，转子回路电阻依次减小，以保证加速力矩的平均值不变。 如果要求电动机低速运行，则需在转子回路串较大电阻。为了解决减速段的负力要求，采用动力制动方案，即将定 子侧的高压电源切除，在定子绕组上施加低频电源，让电动机工作在发电伏态。,（3)技术改造的原由,随着4号矿出矿产量的不断提升，开掘工作量急剧上升，特别是三水平重点工程，随着该工程的快速开拓，矿 井提矿量也相应地增加，在现有提升条件下，副井提升系统只能采用压缩检修时间来满足生产需要。副井提升电控系统现使用的电控装置为JKMK-J-B-300I型常规继电器控制系统，采用转子串电阻调速的方 式，此调速方式技术相对落后，无效功耗过大，结构复杂，,且运行效果很不理想，该系统由常规的继电器、自整角 机、磁放大器等电气元件组成逻辑控制电路。电气控制系统虽然设计有多种控制功能，但有些功能在现场实现起来 非常困难；并且控制逻辑功能使用了大量的电气触点，这些触点又都是暴露在空气中，受灰尘和大气氧化的影响， 时有失效现象发生；再加上有些功能是电参量与机械闸形成闭环控制，跟随性很差，。,导致电气保护功能、控制精度 和可靠性较差，控制系统相关的保护功能失效，系统运行安全得不到保证，而且维护工作量较大,（4）技改后实现的经济效益,改造前经常出现紧急停车事故，容易对钢丝绳造成 损坏，改造后使用全自动就可避免紧急停车，制动平 稳，可延长钢