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提升机常见传动提升机常见传动系统特点及改造方案系统特点及改造方案中国矿业大学信息与电气工程学院伍小杰博士、教授内容摘要内容摘要提升机对电控系统的求z提升机对电控系统的要求z绕线型异步电动机串电阻调速特点及改造方案绕线型异步电动机串电阻调速特点及改造方案z直流传动系统特点及改造方案交交变频传动系统特点及改造方案z交交变频传动系统特点及改造方案z交直交变频传动系特点及改造方案z矿井提升机高效运行的方法z矿井提升机扩容改造方案z矿井提升机扩容改造方案z结束语提升机对电气传动系统的要求提升机对电气传动系统的要求矿井提升机是矿井人员、物资设备上下井的咽喉设备。保证其安全、可靠、高效地运行是保证矿山正常生产的关键。1.安全性和可靠性的要求；2.高效、舒适和方便的要求。中国矿业大学信电学院提升机对电气传动系统的要求提升机对电气传动系统的要求¾能在四象限平滑运行，并有较好的稳定性和快速性，以满足提升机力图的要求。使提升机无论在正力和负力状态，均能快速建立力矩，保证启动时不倒转和停车时准确平层；¾调速范围宽（1:40），以满足提升机速度图的要求；¾机械特性硬，保证提升机分别在额定正力和负力负荷下，均能以小于或等于0.3米/秒的速度稳定运行。目前矿井提升机电控主要传动形式目前矿井提升机电控主要传动形式绕线步机串1、绕线型异步电动机串电阻调速2、直流调速2、直流调速3、交流变频调速交交变频同步机传动系统交直交变频同步电动机传动系统交交变频步动机传动系H桥单元串联交直交变频传动系统绕线型异步电动机串电阻调速绕线型异步电动机串电阻调速优点z优点：z初投资小；结构简单z结构简单；z技术维护相对容易。缺点z缺点：z调速性能差，有级调速；加减速段耗能z加、减速段耗能；z安全保护和监测环节较难完善；z可靠性差z可靠性差；z维护工作量大。绕线型异步电动机串电阻调速系统绕线型异步电动机串电阻调速系统绕线型异步电动机串电阻调速系统绕线型异步电动机串电阻调速系统绕线型异步电动机串电阻调速改造方案绕线型异步电动机串电阻调速改造方案z利用现在成熟的PLC实现操作逻辑的数字化，大大提高系统的可靠性、安全性；z采用全数字低频电源解决爬行段的稳定爬行问题；z利用高压真空换向器代替原来的高压空气接触器，提高系统的可靠性；系统的可靠性；z采用转子电阻编码加速方案。采用转子电阻编码加速方案。——传动本质为转子串电阻，有级调速绕线型异步电动机串电阻调速改造方案绕线型异步电动机串电阻调速改造方案方案z方案一¾转子短接；高压电机定子采用高压变频6/10¾高压电机：定子采用高压变频，6kV/10kV；380V电机：定子采用380V变频器。定子变频器方案——定子变频器方案方案二方案三z方案二¾定子短接；z方案三¾定子回路保留；¾转子采用变频器。——转子变频方案¾转子采用变频器。——双馈传动方案转子变频方案双馈传动方案三电平双馈变频提升机电控系统三电平双馈变频提升机电控系统直流传动系统直流传动系统优点优点：z完美的调速性能技术成熟易于掌握z技术成熟，易于掌握z节能缺点缺点：z功率因数较低电网谐波污染大z电网谐波污染大z电机维护工作量大z单机昀大功率受限提升机电机容量2500kWz单机昀大功率受限，提升机电机容量，2500kWz初投资相对较大直流传动系统主回路形式直流传动系统主回路形式ΔΔYYMM电枢可逆主回路磁场可逆主回路电枢可逆回路磁场可逆回路直流传动通过控制触发角度以改变输出电压传动控制角度改输VLa=60oa=30oa=0oVdiaVdωtVLa=150oa=120oa=90oVdiaVdωt直流传动并联12脉与串联12脉主回路形式直流传动并联脉与串联脉主回路形式ΔΔΔYΔΔ变流器故障时：MM全载半速（串联12脉）；MM并联12脉主回路串联12脉主回路全载全速（并联12脉特殊设计）。并联脉回路直流传动系统实现直流传动系统实现1、自主控制器+国产整流柜1、自主控制器+国产整流柜2、小功率进口整机+扩容整流单元3、全进口整流装置扩容型直流调速装置扩容型直流调速装置原装进口直流调速装置原装进口直流调速装置主回路元件的布置主回路元件的布置、母排的结构、散热器风道的设计影器风道的设计，影响分布参数。需要一定的经验。直流传动系统发展方向直流传动系统发展方向大功率化高功率密度z大功率化（高功率密度）z集成化z数字化z通用化z通用化z网络化——直流传动技术成熟，需要合理设备选型，在合适的使用环境中选合适的传动装置。6脉动交交变频传动系统6脉动交交变频传动系统¾采用三组反并联全控整流器，采用采用组反并联全控整流器，采用36个晶闸管（可控硅）；¾三个电源变压器或一个四卷变压器；¾截取电源电源组成等效的低频交¾截取电源电源，组成等效的低频交流电源；¾采用低速直联方式，无减速器。¾考虑气隙，早期采用电励磁同步电动机，也可采用特殊设计的异步电动机机。交交变频工作原理交交变频工作原理截取电源电压的一部分，组成新的波形。电力技术的精髓之一开关的特征——电力技术的精髓之一，开关的特征。交交变频传动特点交交变频传动特点z突破了直流电机的功率限制z调速性能可以和直流传动相媲美z没有直流电机的维护问题z控制系统相对复杂z控制系统相对复杂z功率因数低，谐波大的问题仍旧存在z代表厂商：SIEMENSABBConverTeam科浮德ConverTeam科浮德交交变频6/12脉变频运行方式交交变频6/12脉变频运行方式z正常12脉运行：变频器和电机绕组并联变频器和电机绕组并联运行；z变频器故障时6脉动运行：电机绕组串联，单台变电机绕组串联，单台变频器运行。——实现全载半速运行实现载半行SIEMENS、ABB提升机电控系统生产现状提升机控系统产现状zABB公司ACS6000SD系统自2005年起已经停产zABB公司ACS6000SD系统自2005年起已经停产。zSIEMENS公司16位SIMADYND控制系统2004年停产，64位SIMADYND控制系统SIMOVERTD2009年停产，64位SIMADYND控制系统SIMOVERTD2009年停产，新推出SL150标准传动。zSIEMENS交-交变频传动控制系统（SD控制柜）采用SIEMENS交交变频传动控制系统（SD控制柜）采用64位SIMADYND控制系统。系统不再具有提升机行程控制功能。z提升机工艺控制在16位控制系统中由SIMADYND完成，目前采用SIMATICTDC实现。软件和硬件平台实现与SIMATICS7的统SIMATICS7的统一。交交变频提升机控制柜交交变频提升机控制柜交交变频控制柜交交变频控制柜SIEMENS64位SIMADYN-D交交变频控制柜位制SIEMENSSL150功率柜SIEMENSSL150功率柜冷却风扇电源适配器辅助设备-电源-电压检测装置检晶闸管-散热器-触发单元便于快速更换模块的压便于快速更换模块的压力弹簧柜门带有空气过滤器或是柜底敞开SIEMENSSL150控制器SIEMENSSL150控制器ConverTeam科孚德机电交交变频器科孚德机电交交变频器交直交变频交直交变频电力电子器件正向大功率高频化模块电力电子器件正向大功率、高频化、模块化、智能化方向发展。微电子技术的发展，电气传动领域出现了以微处理器为核心的微机全数字化控制系以微处理器为核心的微机全数字化控制系统。控制技术的发展：矢量控制、直接转矩控制控制。交直交变频传动系统交直交变频传动系统交直交变频传动交直交变频传动功率数为谐波染小z功率因数可以为1，谐波污染小z调速性能可以和直流相媲美全载半速困难z全载半速困难z电路和机械结构非常复杂（与交交变频器比较而言）三电平变频器输出波形和两电平的比较电平变频器输出波形和两电平的比较两电平：电压380V、660V、1140V；功率常小于400kW400kW三电平：Ud/2U/20VUd电压1.14kV、2.3kV、3.3kV；功率1000kW至Ud/20V功率1000kW至7000kWIGCT–模块IGCT模块中国矿业大学信电学院IGCT模块参数中国矿业大学信电学院SGCT–AB公司SGCTAB公司TheSGCT——对称门极换流晶闸管TheSGCTshighvoltageratingandabilitytobeconnectedinseries,allowthePowerFlex7000toberatedupto6600voltswithoutaddingcomplexity.ThtlithihtitifthSGCTkd/dtThegentleswitchingcharacteristicsoftheSGCTmakedv/dtandreflectedwavemotorfilteringunnecessary.ETO-Emitterturnoffthyristor（集电极关断晶闸管）采用普通GTO元件采用MOSFET关断集电极电流实时检测元件电流，可关断短路电流美国电力电子国家实验室（CPES)VirginiaThTechIGBTINSULATEGATEBIPLATRANSISTER(绝缘栅双极晶体管)(绝缘栅双极晶体管)减少通态压降,改进方法--平板型结构--沟槽工艺:促进电子注入栅极难点难点--增大容量小晶体管并联,结构复杂--通态压降大----4000V~50V左右SIEMENS1200A/3300VSIEMENS--1200A/3300V,500A/6500V中国矿业大学信电学院IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor)--------增强型电子注入绝缘栅双极晶体管IGBT的改进形式TOSHIBA研制,2.5kA/4.5kV中国矿业大学信电学院IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor)中国矿业大学信电学院大功率IGCT交直交变频调速系统大功率IGCT交直交变频调速系统SIEMENS---SIMOVERTML29功率范围：10-20MVA9单机功率：10MVA9输出电压33KV9输出电压：3.3KV9拓扑结构：二极管箝位式三电平9器件：IGCT，4KA/4.5KV9控制方式：磁场定向控制9控制方式：磁场定向控制9冷却方式:水冷中国矿业大学信电学院大功率IGCT交直交变频调速系统大功率IGCT交直交变频调速系统ABB—ACS60009功率范围：5-27MVA9单机功率：5；7；9MVA9输出电压：3.3kV9拓扑结构：二极管箝位式三电平9器件：IGCT，4kA/4.5kV9控制方式：直接转矩控制9冷却方式:水冷中国矿业大学信电学院大功率IEGT交直交变频调速系统大功率IEGT交直交变频调速系统IGCT–IntegratedGateCommutatedThyristorIGCTIntegratedGateCommutatedThyristor（集成门极换流晶闸管）减少门极驱动回路的电感，加快门极电流上升率，取消缓冲电路,加快开关速度,提高效率环状门极,主电流全部换流到门极，把驱动电路集成安装在器件旁IGCT(ABB),GCT(Mitsubishi)，6KA/6KV中国矿业大学信电学院交直交变频传动系统交直交变频传动系统采用闭式空冷冷采用闭式空冷冷却系统，其内部采用去离子水冷采用去离子水冷却，外部采用空冷方式，具有非常高的冷却效果，而且使功率元件避免了直接的空避免了直接的空气污染。中国矿业大学信电学院交直交变频12/18脉运行方式交直交变频12/18脉运行方式333333333333333高压交直交变频传动系统高压交直交变频传动系统单元串联高压交直交变频传动系统单元串联高压交直交变频传动系统RCA+B+U主要用于风机、水泵、STA-B-V主井提升机等RSTA+B+UVC输入电抗器主要用于需要四象限运行的副井绞车等TAB-V运行的副井绞车等H桥单元串联多电平交直交变频器H桥单元串联多电平交直交变频器H桥单元串联多电平交直交变频器输出波形桥单元串联多电平交直交变频器输出波形5Hz单元电压波形15Hz单元电压波形H桥单元串联多电平交直交