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匯川HD92四象限高壓變頻器在礦井提升機的應用
2021/5/19 20:00:33
一、背景介紹
礦井提升機主要由電動(dòng)機、減速器、卷筒(或摩擦輪)、制動(dòng)系統、深度指示系統、測速限速系統和操縱系統等組成,采用交流或直流電機驅動(dòng)。
目前大部分大中型煤礦的礦井提升機都采用繞線(xiàn)式電機轉子串電阻的方法進(jìn)行分段有級調速(如圖一所示)。其基本原理是:當繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機轉子串入附加電阻后,電動(dòng)機的轉差率加大,電動(dòng)機在較低的轉速下運行,串入的電阻越大,電動(dòng)機的轉速越低。此方法的優(yōu)點(diǎn)是設備簡(jiǎn)單,控制方便;但其缺點(diǎn)也非常明顯,主要有以下幾點(diǎn):
  • 調速時(shí),大量的轉差電能消耗在回路電阻上,造成大量能源浪費;
  • 調速性能差,控制系統復雜,故障率高;
  • 啟動(dòng)過(guò)程中對電網(wǎng)的沖擊大,同時(shí)也會(huì )產(chǎn)生較大的機械沖擊,造成設備使用壽命降低;
  • 安全可靠性差,且維護工作量大、維護成本高。
 
圖一

二、現場(chǎng)概況
莒山煤礦隸屬于山西蘭花煤炭實(shí)業(yè)集團有限公司,是一家集煤炭產(chǎn)、選、洗、運、深加工于一體的現代化國有股份制企業(yè),年實(shí)際生產(chǎn)能力達90萬(wàn)噸。

圖二:莒山煤礦正門(mén)
此次改造現場(chǎng)為莒山煤礦的主提升機系統,提升機采用雙滾筒纏繞式結構,提升機型號為2JK-2.5,提升最大運行速度3.8m/s。電機功率250kW,定子電壓6000V,額定轉速590轉/分。

三、HD92四象限高壓變頻方案
一般煤礦原有的調速方式為轉子串電阻調速,由于串電阻調速的種種缺點(diǎn),客戶(hù)最終決定對原有系統進(jìn)行變頻改造,經(jīng)過(guò)反復斟酌,客戶(hù)最終選定了匯川HD92四象限高壓變頻器作為此次改造的變頻器。經(jīng)過(guò)對現場(chǎng)實(shí)際情況了解和客戶(hù)的多次溝通,最終確認方案如下:在保留原有串電阻調試的方式下,新加裝一套電控系統,將原有電控系統保留,確保在變頻器故障時(shí),能夠在很短的時(shí)間內切換為原有系統運行,保證正常生產(chǎn)。原理圖大致如下:

圖三:轉子串電阻和變頻調速雙系統示意圖

根據電機功率大小,此現場(chǎng)配備的變頻器型號為HD92-J100/400-RN,變頻器額定電流40A。變頻器采用遠程控制方式,通過(guò)提升系統操作臺發(fā)送控制指令到變頻器。變頻器啟動(dòng)頻率0.5Hz,下限頻率2Hz,操作臺發(fā)送4 ~20mA的模擬量信號,通過(guò)正反轉指令控制變頻器在-50Hz~+50Hz運行,下圖為礦井提升機操作臺和提升機運行速度圖:

圖四:礦井提升機操作臺和實(shí)際運行速度曲線(xiàn)

、匯川技術(shù)HD92四象限高壓變頻器改造優(yōu)勢
1、無(wú)啟動(dòng)沖擊電流:采用世界領(lǐng)先的矢量控制方式,無(wú)需進(jìn)行轉矩提升,在啟動(dòng)過(guò)程中無(wú)沖擊電流,啟動(dòng)電流小于電機的額定電流;

圖五:提升機啟動(dòng)時(shí)電機定子側電流波形圖


2、無(wú)編碼器開(kāi)環(huán)矢量控制:提升機現場(chǎng)使用的電機多為繞線(xiàn)式電機,在電機軸上加裝編碼器非常麻煩,如果安裝位置稍有不對,編碼器會(huì )經(jīng)常損壞,影響整個(gè)系統的運行。匯川技術(shù)針對此種情況,特別提出了無(wú)編碼器開(kāi)環(huán)矢量控制方式,無(wú)需安裝編碼器,控制效果幾乎與安裝編碼器的效果一致,得到了客戶(hù)的好評;

圖六:繞線(xiàn)式電機轉子側短接示意圖

3、低頻大扭矩:匯川技術(shù)HD92四象限高壓變頻器采用世界領(lǐng)先的矢量控制技術(shù),具有優(yōu)越的低頻特性,閉環(huán)矢量200%額定轉矩/0Hz;開(kāi)環(huán)矢量180%額定轉矩/0.5Hz。
優(yōu)秀的低頻特性,確保了提升機在低速運行時(shí),依然能夠有足夠的轉矩進(jìn)行提升,不會(huì )出現溜鉤、怠速報閘等現象;
4、長(cháng)壽命設計:匯川技術(shù)HD92四象限高壓變頻器全部采用薄膜電容設計,使用壽命為普通電解電容的10倍以上,確保了變頻器的使用壽命;
5、無(wú)諧波:匯川技術(shù)HD92四象限高壓變頻器采用AFE可控整流方式,可自動(dòng)調節功率因數,使得功率因數接近于1,并且在每個(gè)功率單元輸入側均配有PFC專(zhuān)用能量回饋電抗器,對回饋到電網(wǎng)的電流進(jìn)行濾波,確保對網(wǎng)側沒(méi)有任何諧波污染;

圖七:HD92四象限高壓變頻器高壓進(jìn)線(xiàn)端電流波形圖

6、節能:原有的轉子串電阻調速方式,在啟動(dòng)和停止過(guò)程中,有大量的轉差功率消耗在電阻上,造成電能的極大浪費,采用變頻器調速后,可將這部分能量全部省掉。通過(guò)現場(chǎng)抄表比較,相比之前的串電阻調速方式,變頻改造后可節能電能大約15%。

五、現場(chǎng)運行圖片

圖八:提升機現場(chǎng)變頻器整機圖片

圖九:變頻器正轉運行
 
六、結束語(yǔ)
匯川技術(shù)的HD92四象限高壓變頻器,采用薄膜電容等長(cháng)壽命設計方案,具備磁鏈閉環(huán)矢量控制、AFE回饋等國際領(lǐng)先技術(shù),為礦用提升機領(lǐng)域提供了更優(yōu)的選擇?,F場(chǎng)應用實(shí)踐證明,HD92四象限高壓變頻器完全滿(mǎn)足礦用提升機的應用要求!
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