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匯川HD92四象限高壓變頻器在礦井提升機(jī)的應(yīng)用
2021/5/19 20:00:33
一、背景介紹
礦井提升機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動(dòng)系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測(cè)速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
目前大部分大中型煤礦的礦井提升機(jī)都采用繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行分段有級(jí)調(diào)速（如圖一所示）。其基本原理是：當(dāng)繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻后，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大，電動(dòng)機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，串入的電阻越大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。此方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)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(diào)速時(shí)，大量的轉(zhuǎn)差電能消耗在回路電阻上，造成大量能源浪費(fèi)；
  • 調(diào)速性能差，控制系統(tǒng)復(fù)雜，故障率高；
  • 啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)的沖擊大，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較大的機(jī)械沖擊，造成設(shè)備使用壽命降低；
  • 安全可靠性差，且維護(hù)工作量大、維護(hù)成本高。
 
圖一

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

圖二：莒山煤礦正門(mén)
此次改造現(xiàn)場(chǎng)為莒山煤礦的主提升機(jī)系統(tǒng)，提升機(jī)采用雙滾筒纏繞式結(jié)構(gòu)，提升機(jī)型號(hào)為2JK-2.5，提升最大運(yùn)行速度3.8m/s。電機(jī)功率250kW，定子電壓6000V，額定轉(zhuǎn)速590轉(zhuǎn)/分。

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

圖三：轉(zhuǎn)子串電阻和變頻調(diào)速雙系統(tǒng)示意圖

根據(jù)電機(jī)功率大小，此現(xiàn)場(chǎng)配備的變頻器型號(hào)為HD92-J100/400-RN，變頻器額定電流40A。變頻器采用遠(yuǎn)程控制方式，通過(guò)提升系統(tǒng)操作臺(tái)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(tái)發(fā)送4 ~20mA的模擬量信號(hào)，通過(guò)正反轉(zhuǎn)指令控制變頻器在-50Hz~+50Hz運(yùn)行，下圖為礦井提升機(jī)操作臺(tái)和提升機(jī)運(yùn)行速度圖：

圖四：礦井提升機(jī)操作臺(tái)和實(shí)際運(yùn)行速度曲線

四、匯川技術(shù)HD92四象限高壓變頻器改造優(yōu)勢(shì)
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(zhuǎn)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(jī)的額定電流；

圖五：提升機(jī)啟動(dòng)時(shí)電機(jī)定子側(cè)電流波形圖


2、無(wú)編碼器開(kāi)環(huán)矢量控制：提升機(jī)現(xiàn)場(chǎng)使用的電機(jī)多為繞線式電機(jī)，在電機(jī)軸上加裝編碼器非常麻煩，如果安裝位置稍有不對(duì)，編碼器會(huì)經(jīng)常損壞，影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。匯川技術(shù)針對(duì)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，得到了客戶的好評(píng)；

圖六：繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)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(zhuǎn)矩/0Hz；開(kāi)環(huán)矢量180%額定轉(zhuǎn)矩/0.5Hz。
優(yōu)秀的低頻特性，確保了提升機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，依然能夠有足夠的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行提升，不會(huì)出現(xiàn)溜鉤、怠速報(bào)閘等現(xiàn)象；
4、長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)：匯川技術(shù)HD92四象限高壓變頻器全部采用薄膜電容設(shè)計(jì)，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(diào)節(jié)功率因數(shù)，使得功率因數(shù)接近于1，并且在每個(gè)功率單元輸入側(cè)均配有PFC專(zhuān)用能量回饋電抗器，對(duì)回饋到電網(wǎng)的電流進(jìn)行濾波，確保對(duì)網(wǎng)側(cè)沒(méi)有任何諧波污染；

圖七：HD92四象限高壓變頻器高壓進(jìn)線端電流波形圖

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

五、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行圖片

圖八：提升機(jī)現(xiàn)場(chǎng)變頻器整機(jī)圖片

圖九：變頻器正轉(zhuǎn)運(yùn)行
 
六、結(jié)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(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)方案，具備磁鏈閉環(huán)矢量控制、AFE回饋等國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)，為礦用提升機(jī)領(lǐng)域提供了更優(yōu)的選擇。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐證明，HD92四象限高壓變頻器完全滿足礦用提升機(jī)的應(yīng)用要求！
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