提升机变频改造

一、相关内容介绍按国际标准(IEC60038:1983)和中国国家标准(GB156-2003)的规定。电压被分为1kv、1~35kv、35~220kv、245kv四个等级。在1~35k电压段，我国使用3kv、6kv、10kv和35kv四个标准电压。习惯上将3kv、6kV、10kv电动机称为高压电动机，相应地,将用于驱动该电压等级电动机的变频器通称为高压变频器。高压变频器是应高压交流电动机无级调速的需要而诞生的，它利用电力电子器件的通断作用将工频电源变换成为了另一种频率的电能控制装置，直接供给高压电动机使用高压变频器是迄今为止最理想的高压电动机的调速装置。高压变频器的发展可分为两个阶段。第一阶段是以晶闸管(SCR)作为主要电力电子器件的交—交型高压变频器产品;第二阶段是广泛采用了双极性晶体管(GTR)、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)、集成门极换流晶闸管(IGCT)等电力电子器件的交-直-交型高压变频器产品。工作原理按照电机学的基本原理，交流异步电动机的转速满足如下的关系式:式中:n—电动机的实际转速;no—电动机的同步转速:p—电动机的极对数;f—电动机的运行频率;s—电动机的滑差。060n(1)(1)fsnsp从式中看出，电动机的同步转速no正比于电动机的运行频率(no=60f/p)。由于滑差s一般情况下比较小(0~0.05)，电动机的实际转速n约等于电动机的同步转速no，所以调节电动机的供电频率f,就能改变电动机的实际转速。这就是高压变频器的工作原理。电动机的滑差s和负载有关，负载越大则滑差越大。在电源频率不变的情况下，电动机的实际转速还会随负载的增加而略有下降。工业交流电的频率工业交流电的频率是由发电机的磁极对数m和转速n决定的。F=mn/60我国电网的标准频率是50HZ,是一个确定值。所以当m=1时，n=3000r/min；m=2时，n=1500r/min；如我矿瓦斯发电厂的发电机组是m=3，n=1000r/min。频率的高低各有利弊，频率提高可以减少电气设备的材料用量，但会降低输电效率；频率过低会使电气设备的用料增多重量大，成本高。考虑各种因素和技术经济比较，采用50HZ、60HZ的交变电流频率较为适宜。1、三相感应电动机的结构（1）定子部分定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成——导磁部分。定子绕组：放在定子铁心内圆槽内——导电部分。机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。（2）转子部分转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。转子绕组：1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。包括端盖、风扇等。（3）其它部分三相感应电动机的工作原理及结构按转子结构分：绕线型感应电动机笼型感应电动机2、三相感应电动机的工作原理U2U1W2V1W1V21nn（1）转动原理电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。交流异步电机的变频调速调速方式主要有：1、变极调速2、变频调速3、变转差率调速4、转子串电阻调速（绕线式）)1(60)1(11spfsnn－＝－＝当定子绕组中通入三相电流后，它们共同产生的合成磁场是随着电流的交变而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。二、南二风井提升机高压变频改造概述改造要求：（1）原有电控系统和电动机等保留，增加高压变频调速装置；（2）利用用现有的操作控制系统控制新变频装置，并可使新老系统切换工作。要求变频器可以用双电源供电，可以自由切换使用两套系统。改造方案：（1）新安装两台高压开关柜；增加一台高压切换柜，来切换工频电源和变频电源；（2）在电机的主轴上安装轴编码器；（3）更换一台辅助控制柜。（4）增加HIVERT-YVF06/077高压变频器一台。•交-直-交变压变频器基本结构图1-2交-直-交（间接）变压变频器变压变频(VVVF)中间直流环节恒压恒频(CVCF)逆变DCACAC50Hz~整流变频器的电路结构交直交变频器交直交变频器是先将频率固定的交流电“整流”成直流电，再把直流电逆变成频率任意可调的三相交流电，又称间接式变频器。目前应用广泛的通用型变频器都是交直交变频器。主回路包括整流部分、直流环节、逆变部分、制动或回馈环节等部分。通用变频器的构造由于这类变压变频器在恒频交流电源和变频交流输出之间有一个“中间直流环节”，所以又称间接式的变压变频器。具体的整流和逆变电路种类很多，当前应用最广的是由二极管组成不控整流器和由功率开关器件（P-MOSFET，IGBT等）组成的脉宽调制（PWM）逆变器，简称PWM变压变频器，如下图所示•交-直-交PWM变压变频器基本结构交-直-交PWM变压变频器变压变频(VVVF)中间直流环节恒压恒频(CVCF)PWM逆变器DCACAC50Hz~调压调频C三电平变频器典型结构电路示意图三电平高压逆变器M3~+-直流环节网侧整流器03电平逆变器DC100Hz1Hz50/60Hz3-ph.2.3-36kVAC50/60Hz三电平输出逆变器+-直流环节03电平逆变器L1L2L3L1L2L3t1U1V1V2V5V6v3v4～整流部分储能环节逆变部分M控制系统交流交流低压交直交通用变频器系统框图直流直流交流整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。PWM调制载波PWM（PulseWidthModuration）调制PWM控制是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变为一系列等幅(幅值等于输入直流电压)电压脉冲序列，控制电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频的目的。改变开关通断时间比就可以改变输出电压的大小。逆变器的输出脉冲的幅度取决于逆变器直流电压，脉冲的宽度取决于控制电压uc，而脉冲宽度的变化周期就是控制信号的周期1／f。控制电压载波控制电压交流调速的控制核心是：只有保持电机磁通恒定才能保证电机出力，才能获得理想的调速效果V/F控制－－－－简单实用，性能一般，使用最为广泛只要保证输出电压和输出频率恒定就能近似保持磁通保持恒定例:对于380V50Hz电机，当运行频率为40HZ时，要保持V/F恒定，则40HZ时电机的供电电压:380×（40/50)＝304V低频时，定子阻抗压降会导致磁通下降，需将输出电压适当提高矢量控制－－－性能优良，可以与直流调速媲美。模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而达到良好的转矩控制性能，实现高性能控制。性能优良，控制复杂。异步电动机稳态等效电路和感应电动势Us1RsLlsL’lrLmR’r/sIsI0I’r•异步电动机等效电路EgEsEr0s10Te•几种电压－频率协调控制方式的特性比较不同电压－频率协调控制方式时的机械特性恒Er/1控制恒Eg/1控制恒Us/1控制abc系统特点：（1）结构紧凑、体积小、移动方便。（2）以全数字变频调速为基础,以矢量控制技术为核心，使异步电机的调速性能可以与直流电机相媲美。表现在低频转矩大、调速平滑、调速范围广、精度高、节能明显等。（3）操作简单、运行稳定、故障率低、基本免维护。（4）功率因数高（0.95以上），谐波含量符合国标。串联铜排散热器Y接中点短接线快熔三相输入电缆输出电流检测通讯光纤单元固定螺钉南二风井提升机高压变频调速电控装置现场技术参数：电机：6kV/800kW减速机：15:5滚筒：直径3.5米井深：301米最大提升速度：5.6米/秒整个系统在运行期间，出现失控区，易造成减速段超速。整个系统调速性能差，机械冲击大，系统运行不稳定。高压低频换向装置,安全性能差，故障率高，噪音大，能耗高，降低了系统的安全性，给系统的正常运行带来隐患；维护量大，维护点多，维护费用高。变频器相关参数型号：HIVERTYVF06/077输入电压：6kV输出电压：0-6kV输出电流：0-77A输出频率：0-50Hz运行方式：四象限控制方式：带速度反馈的矢量控制高压变频调速柜是该系统的调速设备，具有能量回馈特性的四象限高压变频调速装置及其它必要的电器组成，用于向交流电机供电。高压变频调速装置将50Hz工频变成0~50Hz连续可调的变频电源，电动状态时从电网吸取能量，使电动机产生电动力；制动状态时工作于逆变状态，将能量返回电网，使电动机产生制动力，完成对电机启动、调速、验绳、低于额定速度运行等控制过程。高压电动机利用高压变频器可以实现无级调速，满足生产工艺过程对电动机调速控制的要求，以提高产品的产量和质量，又可大幅度节约能源，降低生产成本，减少环境污染。同时，高压变频器还具有减少启动电流的功能，能够延长机组的使用寿命。高精度的准确停车、平滑的加减速、高精度的转速控制。三、总结改造成变频调速后，具有以下优点：采用单元串联多电平式结构，实现提升全过程变频调速闭环控制、无级调速和多速度等级运行，满足副井提升机各种运行工况及特殊载荷运行条件；采用AFE自换向变频控制技术实现能量回馈，可实现四象限运行，可靠性高，输入侧功率因数高且波形畸变小；采用矢量控制技术，电机启动转矩大，过载能力强，能保证200%额定转矩输出1分钟。四象限运行，能快速进行正、反转运行，制动时，将能量回馈电网，节约能源；节能效果显著，与原电控系统相比，可节电30％左右；与原转子串电阻调速控制电路可以互相切换，互为备用。降低了运行噪声、发热量，改善了现场环境；自动化程度高，操作简单，降低司机劳动强度和操作难度，改善了司机的工作环境，使噪音及室温降低。电控系统现场变更控制内容十分简单，安装调试容易。关键器件采用高可靠性进口产品，电子元件全部进行老化筛选，保证了产品质量。变频系统无需原电控调速用的交流接触器及调速电阻，可靠性大为提高。这样，每天用于维护电控系统的人员和材料大为降低。另外，故障减少，提高了劳动生产率。采用模块式结构，一旦电路出现故障，可快速更换，不影响生产。输入、输出谐波含量低，输入功率因数高。可以保留原电动机，不用购置专用变频调速电机，并且不需增加谐波抑制及无功补偿装置，减少改造难度和设备投资。有良好的调速性能，调速精度高。启动、制动平稳，调速连续方便，连续平滑调节，提升人员时使乘罐人员乘座舒适；低速爬行平稳，定位精度高；通过减少爬行距离，缩短了提升时间，增大了日提升量。启动及加速过程冲击电流小，提升机在重载下从低速平稳无级平滑的升至高速，没有大电流出现，减小了对电网的冲击，延长设备寿命。谢谢大家！