副斜井提升机转子变频电控的应用

1副斜井提升机转子变频电控的应用的应用一、立项原因我集团公司现有的矿井提升机90%左右是绕线异步电机提升系统，且70%采用高能耗的转子串电阻调速方式，这种方式结构及控制方式均简单，可在一定程度上满足提升系统的运行要求。但其存在的突出问题却不容忽视：1）电机转差功率全部消耗于转子电阻回路中，而提升机有较长时间运行在低速重载的工况下，此时转差功率非常大，这就造成了巨大的能源浪费。2）系统调速模式为有级调速，切换冲击电流大，运行平稳性差，安全性低。3）系统发热严重，工作环境恶劣。4）系统占地面积大，设备维护量大。因此在同煤集团引入矿井交流提升机双馈转子变频调速系统，以节能、绿色、先进为鲜明特征，为矿山提升系统提供了有重要竞争力的国产装备，具有巨大的经济效益和社会效益。二、ASCS-6绕线电机双馈转子变频调速系统的组成、工作原理及特点1、系统组成ASCS-6系列电控设备系统结构包括定子侧控制系统和转子侧控制系统。其中，定子侧包括：高压柜和换向柜；转子侧由高压柜、变压器、电抗器、切换柜、交流柜、PLC柜、低压柜、操作台、上位机等组成。2、工作原理该变频调速系统工作原理是：采用以“背靠背”双三电平的交-直-交主回路拓扑结构实现交流绕线电机转子变频矢量控制，同时配以高性能DSP为核心的数字化技术对逆变器进行控制，实现电机运行的数字化速度闭环调节；采用可编程控制器（PLC）自动完成提升系统全过程控制、安全保护和人机对话等控制功能，实现提升机的位置控制，达到提升机全自动运行的目的；利用上位机实现提升系统监视、诊断，并通过局域网连接实现资源共享，从而提高矿井生产现代化管理水平。此系统采用PWM整流控制对变换器的有源前2端进行控制，减小了网侧电流谐波，在实现能量双向流动的同时实现网侧单位功率因数，消除了系统对电网的谐波污染。1)交流绕线电机由兰州电机厂制造，在转子变频矢量调速装置的控制下，作为提升机的驱动源。2)主回路采用“背靠背”的双三电平交-直-交结构，其中，三电平的有源前端采用Yy0作为整流变压器；逆变器侧则直接接至电机端。M3~~转转转转转转转转转T1CU1CU2图1转子双馈变频调速系统结构示意图3)如图1所示，本系统在绕线电机转子侧引入全控功率变换单元，通过控制转差功率进行调速，其中CU1为全控逆变单元，用于提供与转子电势同频率的变压变频电源，CU2为全控整流单元，在提供稳定直流电压的同时，可对网侧功率因数和谐波进行调节和补偿，使系统对电网造成的影响可忽略不计。4)全数字转子变频矢量控制系统采用完全自主研发的高性能调节柜进行控制，通过与主控PLC通信和自行开发的控制软件，完成提升机速度控制。5)PLC控制系统采用SIEMENS公司的SIMATICS7-300系列PLC，包括主控PLC、监控PLC、操作台PLC、液压站控制PLC和装卸载控制PLC，它们彼此通过PROFIBUS和MPI网进行数据交换。6)操作台上配备上位机人机界面装置，通过与PLC系统建立点对点通信，综合整个提升系统的运行参数和运行状态，进行信息管理。33、技术特点1）采用先进的背靠背双三电平变频器，结构简单，效率高，代表变频器发展的方向。2）可实现双电机拖动控制。3）控制部件采用模块化结构，具有良好的维护性和可扩展能力。4）采用PLC构成数字行程监视器，自动生成S型曲线，行程跟踪精度高，停车准确。5）控制方式有手动、半自动、全自动。6）故障保护完善，弥补人工操作情况下对设备故障的反应延迟，故障保护逻辑块在第一时间启动应急措施，降低设备故障损害，有事故直动的安全回路，重事故（如过卷、超速等）双重、三重化保护。7）系统具用良好的监测控制界面，运行参数、运行状态及故障信息实时动态地在监视器上显示情况，报警信息均具有提示。8）系统可构成网络，该网经转接可与调度网或其它网络联接。4、方案实施和运行效果该变频调系统首先在同煤集团东周窑矿副斜井提升机中应用。从2009年12月初开始运行至今一个多月，该系统运转正常，新老系统切换方便，并且与老系统比较有以下优点：由于调速精确容易控制，一次提升循环时间大约缩短30S；由于调速方式改为转子变频调速，设备运行平稳，速度连续可调，机械冲击小，人员乘坐舒适；新系统在电网接入点实现了电流正弦化，系统在整个工况下功率因数达到1，完全消除了无功冲击；系统具有明显的节电效果，省去了老系统电阻上消耗的电能，特殊工况下节电更多，比如重物下放时可以把电能回馈电网；具有先进性，运转安全可靠，保护齐全、动作灵敏，故障判断准确，故障率低，自动化程度高。三、经济效益及推广投入新系统后，比使用老系统具有明显的经济效益和社会效益：1）由于副井的特殊工况（负力运行），总体节电效果十分明显，以该矿副井4提升机电表测算实际可节电超过40%。2）新系统运转安全可靠，保护齐全，故障率低，大大降低了运行维修成本。3）系统能自动控制提升速度，整个行程可以自动平滑的加减速，系统的安全得到保证，大大降低了提升机的操作难度，各种保护避免了超速、过卷等重大故障的发生，杜绝了人工操作失误带来的安全隐患。4）降低司机劳动强度，提高提升机舒适性。全程自动加减速，到位自动停车，自动化控制降低了司机的劳动强度。5）无谐波污染，不干扰其它设备。三电平低压转子双馈变频器在本质上几乎不存在谐波污染，不需增加治理投资；变频系统对其他电气设备、安全设备和通讯设备等其它设备不造成任何干扰。四、结论综上所述，通过ASCS-6绕线电机双馈转子变频调速系统在同煤集团东周窑矿的成功应用，证明该变频调速系统是安全可靠的，而且保留了原电控系统，通过转换开关即可方便切换，每套电控系统都可独立运行。达到了低成本、高可靠性、增主提效、节约电能的目标。工人的劳动强度降低，各类故障减少，具有很高的经济效益和广泛的社会效益，必将在我集团公司有广阔地应用前景。