2018-03-16
礦并提升機(jī)作為礦山最大的電氣設(shè)備之一，其耗電量占礦山總耗電量的30%—40%，并且運(yùn)行特性復(fù)雜，速度快，慣性大，一旦提升機(jī)失往控制，不能按照給定速度運(yùn)行，就可能發(fā)且超速、過卷等重大安全事故，造成設(shè)備損壞甚至職員傷亡，給礦山帶來重大人事和財(cái)產(chǎn)損失。因此礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性直接影響煤礦的安全生產(chǎn)。
原副井提升機(jī)系統(tǒng)采用交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速，由于該系統(tǒng)調(diào)速精度低，可靠性差，維護(hù)用度大，某領(lǐng)導(dǎo)通過考察國內(nèi)用戶現(xiàn)場(chǎng)使用提升機(jī)鎮(zhèn)江偉創(chuàng)變頻器的情形后，決定選用偉創(chuàng)高壓提升機(jī)變頻器，對(duì)副井提升機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)改造。
一、交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng)
在加速過程中，交流接觸器KM1、KM2、KM3、KM4逐級(jí)吸合，轉(zhuǎn)子回路電阻依次減小，以保證加速力矩的均勻值不變。假如要求電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行，則需在轉(zhuǎn)子回路串較大電阻。為了解決減速段的負(fù)力要求，通常采用動(dòng)力制動(dòng)方案，即將定子側(cè)的高壓電源切除，施加直流電壓，或在定子繞組上施加低頻電源，讓電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電伏態(tài)。
這種拖動(dòng)方案存在的題目是：
（1）開環(huán)有級(jí)調(diào)速，加速度難以正確控制，調(diào)速精度差；
（2）觸點(diǎn)控制，大量使用大容量開關(guān)，系統(tǒng)維護(hù)工作量大，可靠性差；
（3）運(yùn)行效率低，在低速時(shí)大部分功率都消耗在電阻上；
（4）電機(jī)的機(jī)械特性偏軟，一般電阻上消耗的功率約為電動(dòng)機(jī)輸出功率的20%—30%；
（5）接觸器經(jīng)常吸合與斷開，噪音比較大。固然這種調(diào)速方案控制方式簡單、初期設(shè)備投資較低，但技術(shù)性能和運(yùn)行效率低，很多中小礦井的提升機(jī)仍采用該種調(diào)速方案。
二、高壓提升機(jī)變頻器系統(tǒng)原理
每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換的二極管完成續(xù)流外，又起全波整流，使能量能夠轉(zhuǎn)移到濾波電容中，結(jié)果母線電壓升高，達(dá)到一定程度后，啟動(dòng)逆變塊A，進(jìn)行SPWM逆變，通過輸進(jìn)電感，返回到移相變壓器的次極，通過變壓器將能量回饋到電網(wǎng)。
1、輸進(jìn)側(cè)結(jié)構(gòu)
本機(jī)中移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成36脈沖整流方式；這種多級(jí)移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1，輸進(jìn)電流諧波成分低。實(shí)測(cè)在90%-105%額定輸進(jìn)電壓額定電流下，輸進(jìn)電流總相對(duì)諧波含量小于4%。
另外，由于變壓器副邊繞組的獨(dú)立性，使每個(gè)功率單元的主回路相對(duì)獨(dú)立，類似常規(guī)低壓變頻器，便于采用現(xiàn)有的成熟技術(shù)。
2、輸出側(cè)結(jié)構(gòu)
輸出側(cè)由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對(duì)電纜和電機(jī)的盡緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。
3、控制器
控制器核心由高速32位數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。人機(jī)界面提供友好的全中文WINDOWS監(jiān)控和操縱界面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操縱信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào)，可以和用戶現(xiàn)場(chǎng)靈活接口，滿足用戶的特殊需要，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。
數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）相對(duì)于模擬信號(hào)處理有很大的優(yōu)越性，表現(xiàn)在精度高、靈活性大、可靠性好、易于集成、易于存儲(chǔ)等方面。傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理技術(shù)正由全新的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（DSP）所代替。DSP是面向高速重復(fù)性數(shù)值運(yùn)算密集型的實(shí)時(shí)處理。高性能DSP不僅處理速度快，而且可以無中斷的完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)輸進(jìn)與輸出。DSP結(jié)構(gòu)相對(duì)單一，普遍采用匯編編程，其處理完成時(shí)間的可猜測(cè)性要比結(jié)構(gòu)和指令復(fù)雜、依靠于編譯系統(tǒng)的普通微處理器強(qiáng)的多。它可以單周期完成這些乘加并行操縱，而普通微處理器需要至少4個(gè)指令周期，因此在相同的指令周期和片內(nèi)指令緩沖條件下，是普通微處理器運(yùn)算速度的4倍以上。
另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個(gè)功率單元的控制電源采用一個(gè)獨(dú)立于高壓系統(tǒng)的同一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
4、控制電源
控制器有一套獨(dú)立于高壓電源的供電體系，在不加高壓的情況下，設(shè)備各點(diǎn)的波形與加高壓情況基本相似，給整機(jī)可靠性、調(diào)試、培訓(xùn)帶來了很大方便。
系統(tǒng)采用三次諧波補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)步了電源電壓利用率，利用了調(diào)制信號(hào)預(yù)畸變技術(shù)，使電壓利用率近似于1。系統(tǒng)還采用了先進(jìn)的載波移相技術(shù)，它的特點(diǎn)是單元輸出的基波相疊加、諧波彼此相抵消。所以串聯(lián)后的總輸出波形失真特別小。
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