異步提升機系列

 

同步提升機系列

  

• （6kV/10kV）315-4500kW/400-6000kVA
• HIVERT-Y(T)VF 礦井提升機高壓變頻器

 

 

啟動柜

當變頻器適配電機功率≥1800kW時，系統增配啟動柜。啟動柜可以有效抑制變壓器上電瞬間的激磁涌流，防止引起上級電源柜速斷保護裝置動作，還可以為單元直流電容預充電。

啟動柜中配置啟動電阻，可降低上電產生的沖擊電流。不同容量變頻器啟動電阻阻值及功率有所不同，預充電后，按照設定程序，通過真空接觸器短接電阻。

 

 變壓器

隔離變壓器為干式變壓器，采用強迫風冷：原邊為星形接法，與進線高壓直接相連或通過啟動柜相連；副邊繞組為延邊三角形接法，繞組間有固定的相位差，通過電抗器為功率單元提供電源。

變壓器配有溫控儀，控制系統通過溫控儀實時監控變壓器繞組溫度：當變壓器繞組溫度較高時，系統發出輕故障報警并開啟變壓器底部風機；當溫度超過報警或跳閘設定值時，系統發出輕故障報警或跳閘信號。

 

功率單元

功率單元輸入端與電抗器相連后接變壓器二次線圈的三相低壓輸出。當變頻器適配電機功率小于1800kW時，功率單元增加緩沖環節，用以單元預充電限流及保護輸入側IGBT。

  

當變頻器適配電機功率超過或等于1800kW時，取消單元緩沖環節，由啟動柜實現單元預充電限流及保護輸入側IGBT功能，因此功率單元與電抗器直接相連。

 

HIVERT-Y(T)VF系列產品理論具備100%額定功率的能量回饋能力。功率單元利用IGBT進行同步整流：同步整流控制器實時檢測單元輸入電壓幅值及相位，通過控制整流側IGBT所產生的電壓與單元輸入電壓的相位差，從而控制電功率在電網與功率單元之間的流向——單元電壓相位超前，功率單元將電能回饋給電網，反之電功率由電網注入功率單元。

電功率的大小及流向由單元電壓決定。就同步整流而言，整流側相當于一個穩壓電源，相位差偏差通過矢量控制算法、PID調節生成。

 

控制系統

控制系統由控制器、接口板和人機界面（包括柜門按鈕等）組成。

 

HIVERT-YVF系列變頻器采用轉子帶速度反饋的矢量控制技術。在轉子磁場定位坐標下，電機定子電流分解成勵磁電流與轉矩電流。維持勵磁電流不變，控制轉矩電流也就控制了電機轉矩。電機轉速采用閉環控制。實際運行中給定轉速與實際轉速的差值通過PID調節生成轉矩電流i_T*。經過矢量變換將i_T*、i_M*與實際反饋回的勵磁電流i_M轉矩電流i_T相比較，經過空間矢量控制，*終生成三相電壓驅動信號。

  

HIVERT-TVF系列變頻器通過矢量控制系統的解耦, 速度給定（頻率給定）與速度反饋相減得出速度誤差，速度誤差經PI調節后輸出轉矩電流給定iqref；idref勵磁電流給定是根據系統的動態需要進行調整其值根據不同的電機和負載得出的經驗值。

電機三相電流反饋ia、ic經傳感器采樣，然后再根據轉子位置電氣角度θ進行Clarke變換，變換后輸出ialpha、ibeta；ialpha、ibeta經Park變換輸出id、iq；id、iq值與給定值iqref、idref求誤差，進行PI調節后輸出Vsqref、Vsdref；Vsqref、Vsdref和轉子位置電氣角度θ經過Park逆變換輸出Valpha、Vbeta；Valpha、Vbeta經過Clarke逆變換輸出電機定子三相電壓Va、Vb、Vc值；三相電壓Va、Vb、Vc值作為PWM（脈寬調制）的比較值比較輸出PWM波形到逆變器從而驅動電機旋轉。

合康礦井提升機用四象限高壓變頻器有HIVERT-YVF和HIVERT-TVF兩種系列。其中，HIVERT-YVF適配異步電機，HIVERT-TVF適配同步電機。這兩種系列變頻器均由移相變壓器、功率單元和控制系統（包括：控制器、接口板和人機界面）構成。

當變頻器適配電機功率≥1800kW時，系統增配啟動柜。

 

1、有PG矢量控制方式

 

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器采用有PG矢量控制方式，在全頻率段穩定輸出正弦波電流。系統可以對勵磁電流和轉矩電流分別進行控制，并具有動態響應速度快、電機的加（減）速度特性好等優點。此外，由于系統配置速度編碼器，因此電機調速范圍廣，且系統能夠實時準確的監測電機實際轉速，具有電機超速保護能力。另外，在配合外部保護信號情況下，可實現短時、快速有效電氣制動。

 

 

2、額定功率回饋能力

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器中功率單元采用PWM全控整流方式，功率單元利用IGBT進行同步整流，通過控制整流側IGBT所產生的電壓與單元輸入電壓的相位差，從而控制電功率在電網與功率單元之間的流向，使變頻器*大回饋功率達到額定輸出功率，達到短時制動的要求。

 

 

3、低頻高轉矩輸出

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器具有對轉矩電流單獨控制的特點，使電機在低轉速下能夠輸出較大轉矩，滿足提升機對啟動轉矩的要求。此外，在提升機系統啟動時，盤形閘松開前變頻器能夠提供初始轉矩電流，避免罐籠在松閘后溜車。

 

4、自動識別參數功能

對于矢量控制方式下所需的電機相關數據，HIVERT-YVF系列變頻器可通過“空載啟動”模式進行參數辨識，檢測空載勵磁電流I₀和轉子時間常數Tr，這兩個參數對于變頻器能否以*優性能運行至關重要。

HIVERT-TVF系列變頻器可通過“轉子定位”啟動模式自動辨別電機轉向，所以安裝時無需考慮編碼器及電機旋轉正方向，編碼器可根據現場情況靈活安裝在電機軸端或尾端。此外，電機轉子及定子磁極一般不可見，而絕對值式編碼器不但可以同步檢測轉子的速度，而且能通過脈沖數量準確計算出轉子磁極相對于定子磁極的相對位置，從而將同步電機轉子提前定位到同步運行狀態。

 

 

5、轉速閉環控制

在電機運行過程中，轉速通過脈沖編碼器構成閉環控制。HIVERT-Y(T)VF系列變頻器速度調節器會自動調整電機速度，以達到*快的速度響應、*小的超調范圍。

 

 

6、電流閉環控制

在電機運行過程中，電流通過霍爾傳感器構成閉環控制。HIVERT-Y(T)VF系列變頻器電流調節器會自動調節變頻器輸出電流，以達到*快的電流響應、*小的電流波動。

 

 

7、雙（多）機聯動控制功能

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器具有雙（多）機聯動控制功能。當主機接收到外部啟動信號后，主機啟動，同時將主機數據（包括：啟停信號、運行頻率和轉矩電流）通過光纖實時通訊至從機；從機準確跟蹤主機轉速、轉矩，與主機保持同步。

 

HIVERT-Y(T)VF系列每臺變頻器配置接收和發送兩個光纖通訊接口實現主從控制。多機聯動系統內每一臺電機均配有編碼器，各個電機速度或速度及轉子位置信號均可反饋至相應變頻器。因此，多機聯動系統內所有變頻器均具有發送主機數據、監控電機轉速或轉子位置的功能，用戶可根據現場情況靈活設置一臺變頻器為主機、其余變頻器為從機。

 

礦井提升機用四象限高壓變頻器—— HIVERT-Y(T)VF系列

 

 

變頻器額定容量	315-4500kW/400-6000kVA※
額定電壓	6kV/10kV（-20%～+15%）※
額定頻率	50Hz/60Hz（-10%～10%）※
調制技術	矢量控制加空間矢量控制技術
控制電源	380VAC，1-20kVA(依功率等級而定)
輸入功率因數	>0.96
效率	>0.96 變頻部分>98%
輸出頻率范圍	0Hz～120Hz※
頻率分辨率	0.01Hz(0.00Hz-80.00Hz)，或0.002Hz
瞬時過流保護	200% 立即保護（可根據用戶要求定制）
過載能力	120% 2分鐘；150% 3秒；
限流保護	10%-150%設定
模擬量輸入	兩路4～20mA
模擬量輸出	四路4～20mA
上位通訊	隔離RS485接口，ModBus RTU; Profibus DP; 工業以太網規約（可選）
加減速時間	5秒～1600秒（與負載相關）
開關量輸入輸出	12入/13出（輸出可擴展）
運行環境溫度	-5～+45℃※
貯存/運輸溫度	-40～+70℃※
冷卻方式	強迫風冷
環境濕度	<95%，不結露※
安裝海拔高度	<1000米，高于海拔1000米，每增加100米降額1%運行
粉塵	不導電、無腐蝕性，＜6.5mg/d ｍ３ ※
防護等級	IP30※
柜體顏色	PANTONE Cool Gray 1U ＆2915U（或根據用戶提供色標定制）

※超出范圍請咨詢北京合康億盛變頻科技股份有限公司
本產品適用于煤礦地面主井、副井等提升設備，低瓦斯礦井井下，適用對象包括井下暗斜井、暗立井；單水平、多水平；單卷筒、雙卷筒等礦井提升機。主要應用于礦井提升機以及各種實驗平臺。

      變頻器穩態輸出電流260A，提升時*大加速電流400A，下放時*大減速電流350A，運行穩定。

系統在重載情況下啟動，變頻器的輸出波形很平穩，系統的啟動過程均勻加速，無較大沖擊電流。從圖1中可以看出電流超前于電壓，系統運行的功率因數基本處于超前狀態。

 

 

經濟效益分析

• 吳桐莊礦主井提升系統完成變頻調速工程以后，具有以下優點：
• 啟動轉矩大，爬行區有勁兒，加、減速快速平穩，全速運行時速度保持度好。啟動和加減速階段基本不存在機械沖擊，極大的延長了設備的使用壽命；
• 縮短提升時間，產量高。新系統一勾的提升時間約為110s，時間效率得到提高；
• 再生制動，能量回饋，節約電能；
• 閘瓦磨損小，輸入輸出諧波含量極低，對電網無污染，對周邊設備無干擾。維護量小；
• 實現了軟啟動、軟停車，減少了機械沖擊，使運行更加平穩可靠。
• 起動及加、減速時沖擊電流很小，減輕了對電網的沖擊，簡化了操作、降低了工人的勞動強度。
• 起動轉距、低頻轉距、制動轉距均符合規定的要求。
• 運行速度曲線成S形，使加減速平滑、無撞擊感。
• 遠控及顯示正常，使操作方便、觀測更直觀。
• 安全保護功能齊全，除一般的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等保護外，還設有聯鎖保護、自動限速保護功能等
• 當減速制動及重物下放時，能實現能量回饋。

 

改造后優點

 

 

序號	項目	完成變頻安裝后
1	加減速時間	加減速時間恒定不隨負載變化，與司機操作無關，提高了生產效率
2	機械沖擊	無機械沖擊
3	電網沖擊	啟動時輸出電流為額定1.2倍左右，等速段、減速段、爬行段無輸出電流沖擊， 啟動時網側電流為額定電流的0.3—0.4倍，無沖擊
4	低速爬行	速度閉環控制，低速爬行穩定；可以在0.1m/s的低速平穩運行
5	司機操作	操作簡單、容易，勞動強度小
6	重物下放	再生制動，能量回饋到電網，節約能量
7	系統節能	系統節能明顯，一般在10%-30%左右
8	功率因數	網側功率因數0.95以上，符合國家標準
9	電機發熱	因電流減小，電機發熱明顯減少
10	閘瓦磨損	閘瓦磨損小，減少粉塵，改善了值班環境
11	環境溫度	無大功率發熱器件，改善了值班環境
12	諧波問題	**無諧波變頻器，輸入輸出諧波含量低，對電網無污染，對其他設備無干擾
13	噪聲	無噪聲，改善了值班環境
14	啟動力矩	啟動轉矩大，可以達到額定力矩的2倍
15	維護	維護量小

 

 

我公司自主研發的驅動同步電機、四象限運行的大功率高壓變頻器已經成功運行于礦井提升機大功率同步電機負載。高壓同步電機全數字化矢量控制變頻器具有四象限運行、啟動轉矩大、恒轉矩輸出、調速范圍寬、諧波小等顯著特點。填補了國內相關技術領域的空白，打破了國外持久以來的壟斷現狀，為民族產業的創新、開拓起到了榜樣作用。