交直交变频器在红庆梁矿提升机系统中的应用

交直交变频器在红庆梁矿提升机系统中的应用【摘要】本文以红庆梁矿副井提升机电控系统为研究背景，阐述了提升机控制系统的组成与功能，研究了交直交变频器在提升机控制系统中的应用。该系统已经在现场得到了成功应用。【关键词】交直交变频器；提升机；PLC；直接转矩控制0引言在煤矿生产过程中，矿井提升机系统的安全性与可靠性具有十分重要的地位。本文以昊华能源鄂尔多斯红庆梁矿副井提升机电控系统为研究对象，研究交直交变频器在矿井提升机系统中的应用，采用在电力和自动化技术领域全球领先的ABB公司生产的ACS6000SD型交直交变频传动装置，对电网无需无功补偿，无需谐波治理，具有明显的节能效果，介绍了该电控系统的组成、结构以及应用效果。1项目背景与电控系统总体构成1.1项目背景红庆梁矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市，是昊华能源在内蒙的主力矿井。其副井提升机采用JKMD5×6（Ⅲ）塔式摩擦轮提升机，提升高度为429.5m，最大提升速度为9.95m/s，采用一个特制双层宽罐笼（尺寸7900×3900mm2）+平衡锤的方法进行提升；其配套电机功率为3200kW，额定电压为3150V的交流同步电机。目前，对于交流同步电机的调速方式，国内外比较成熟的技术一种是以SIEMENS公司、徐州中矿大传动与自动化有限公司为代表的三电平矢量控制技术，另一种是以ABB公司为代表的直接转矩控制技术；鉴于直接转矩技术具有系统结构简单，动态响应能力强的优点，副井提升机电控系统选择以交直交变频器为核心的提升机电控装置。1.2系统构成与功能实现根据红庆梁矿副井提升机系统的机械参数以及控制要求，结合当前提升机控制技术的发展，考虑到提升系统运行的安全性与可靠性，制订如下技术方案：系统总体由高低压配电系统、交直交变频传动系统、提升机工艺过程控制系统、信号系统、操作控制系统、上位机监控装置MMI系统、整流变压器及其他辅助系统等组成。系统的组成如图1所示。从图1中可以看出，提升机工艺的实现通过双PLC冗余系统，PLC选用SIEMENS公司S7-400型PLC，为了保证提升机系统的安全运行，在提升机运转启停阶段通过计算机软件处理，在松闸和紧闸阶段，保证电控系统能够提供一定预力矩，即避免发生提升机倒转，同时避免机械冲击；系统具有远程诊断功能，可通过计算机网络查看现场设备的工作状态，帮助现场迅速分析处理发生的问题；可以实现在调度中心对提升机的监控功能，在提升机房设工业以太网交换机，PLC配置以太网通讯模块，实现系统和工业以太网连接。系统应能与矿井调度系统实现无缝连接，实现数据的共享；同时通过与信号系统之间的闭锁控制以保障提升机能够安全可靠地运行与停车功能。2系统变频调速功能实现为了实现对交流同步电机的变频调速功能，其传动部分采用ABB公司生产的ACS6000SD型交直交变频器，该变频器上端接定子整流变压器，下端接同步电动机，包括有源整流单元（ARU）、逆变器单元（INU）、电容储能单元（CBU）、控制单元（COU）、电压限制单元（VLU）、水冷却单元（WCU）、励磁控制单元（EXU）以及保护装置等单元组成，主要功率器件采用IGCT。2.1有源整流单元（ARU）该单元模块可实现AC/DC的变换，是一个三电平、自换流、可4-象限运行、7MVA的容量，同时采用有源前端整流单元的结构，保证变频装置逆变器直流侧电压的稳定和变频装置可逆的4象限运行，由于采用了输入滤波装置，可以减小系统整体谐波与功率因数的可控功能。2.2逆变器单元（INU）该单元模块为7MVA的容量的变频输出装置，也采用三电平、自换流、可4-象限运行的电压型逆变器，同时具有EMC滤波功能以及限制di/dt的钳位电路和短路保护单元，可以有效的提高提升系统的过载能力与输出转矩。2.3控制单元（COU）控制单元模块主要是AMC3控制器，用以实现对逆变和整流全数字控制功能，AF100模块用于实现与提升机工艺控制单元之间的通信功能，电源以及其他辅助控制单元，以实现控制、监视和保护整个传动系统和水冷却系统。2.4其他辅助控制与保护单元变频器的其他单元包括水冷、过电压保护与吸收、保护与诊断装置可以实现对提升机系统的保护、故障自诊断功能，同时通过与提升机工艺控制装置之间的通信，可以将变频器的运行状态与故障情况进行实时监控与诊断。3系统运行情况通过图2和图3可以看出，整个提升机系统运行情况良好，速度平稳变化，完全满足矿井提升要求，具有很好的应用效果与推广价值。【参考文献】[1]丛子月，谭国俊，何凤有.国外引进交-交变频提升机国产化改造实践[J].煤炭工程，2011（9）：60-62.[2]魏英琴，张涵.成庄矿副井电控系统改造研究[J].煤矿机械，2010，31（3）：178-180.[3]王峰，