榮信 高壓變頻器在九道嶺煤礦交流提升系統(tǒng)的應用

一、項目概述 北票煤業(yè)是由省市縣三級政府協(xié)調組建的股份制民營企業(yè)，公司以煤炭采選、油頁巖采煉、機械制造加工制造為主業(yè)。公司下設冠山煤礦、三寶煤礦、臺吉四井、臺吉豎井、九道嶺煤礦、選煤廠、鐵路運輸部、機電總廠、精密鑄造廠、耐火材料廠、水泥廠、北塔油頁巖公司等生產經營單位。 北票煤業(yè)九道嶺礦提升機采用技術落后的轉子串電阻交流調速電氣傳動方案，存在著較大的能量浪費；調節(jié)性能差；負荷啟動對電機及電網沖擊大，破壞設備絕緣、機械磨損加劇、降低設備使用壽命等突出問題。 針對系統(tǒng)存在的問題，本著節(jié)能降耗并實現(xiàn)科技進步的目的，榮信公司采用高壓變頻系統(tǒng)替換了原有落后的控制方式，除可避免上述技術缺陷外，高壓變頻還可節(jié)約大量電能，提高運力外，同時也是對企業(yè)降低運營成本，提升生產效率的有效手段。

二、原系統(tǒng)存在的問題   

● 轉子回路串接電阻，消耗電能造成能源浪費； ● 因為電阻只能分級切換，該調速方式屬于有級調速。它的固有缺點是設備運行不平穩(wěn)，易引起電氣及機械沖擊； ● 起動電流和切換電流沖擊大； ● 線繞電機滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設備故障； ● 設備體積大，發(fā)熱嚴重使工作環(huán)境惡化（甚至使環(huán)境溫度高達60℃以上）； ● 設備維護工作量大、維護費用高； ● 功率因數(shù)低。

三、變頻改造方案

根據負載情況，普通高壓變頻器無法滿足提升機系統(tǒng)的正常運行，故榮信公司采用RHVC-A06/2500-TF型四象限變頻器一套，采用全數(shù)字PLC電控系統(tǒng)一套，共同組成全新的提升機變頻電控系統(tǒng)，適用于2*1000kW雙機提升系統(tǒng)，同時老系統(tǒng)作為備用。

3.1高壓變頻系統(tǒng)主要工作特性： ① 采用矢量控制技術實現(xiàn)主井提升機的正力和負力四象限牽引，實現(xiàn)電機的四象限運行； ②按PLC電控系統(tǒng)給定的速度圖和有關指令實現(xiàn)主井提升機的速度控制； ③具有優(yōu)良的調速性能； ④實現(xiàn)與機械制動閘的協(xié)調控制； ⑤具有在整個轉速范圍內空載及負載條件下優(yōu)良的機械特性和滿足10噸提升的帶負載能力； ⑥具有完善的故障診斷和保護能力 3.2變頻器參數(shù)： 高壓變頻器容量: 2500kVA 額定輸入電壓/允許變化范圍： 6kV?10% 額定輸入頻率/允許變化范圍：50?10%Hz 系統(tǒng)輸出電壓：0～6kV 頻率輸出范圍：5～50Hz 輸出頻率分辨率：0.01Hz 變頻裝置效率：額定負載下 ≥96.5% 功率因數(shù)：＞0.95 諧波畸變：輸入電壓<2%，輸出電壓<3%，輸出電流<3%< span=""> 過載能力： 110%、1分鐘 輔助電源：380V?10%  AC  50?1 Hz （三相四線） 控制方式： 閉環(huán)/開環(huán) 操作鍵盤： 嵌入式人機界面（中文） 環(huán)境濕度： ＜95%，  冷卻方式:  熱管散熱 絕緣等級： F級 噪聲等級：≤80dB 防護等級:    IP21

四、變頻器原理說明

榮信高壓變頻裝置已通過國家權威高壓變頻裝置測試中心—國家電控配電設備質量監(jiān)督檢驗中心檢驗（型式試驗），提升機四象限變頻經過科技成果鑒定。

榮信RHVC系列高壓變頻器采用直接高壓輸入，直接高壓輸出（高-高）的方式，省去了輸出升壓變壓器，采用1700V高壓IGBT模塊，每相6組串聯(lián)滿足6kV高壓輸出，大大簡化了系統(tǒng)結構，提高系統(tǒng)的可靠性。

RHVC系列高壓變頻器采用目前國際流行的功率單元串聯(lián)多電平技術，每個功率單元都是一臺三相輸入、單相輸出的脈寬調制型四象限低壓變頻器，技術可靠，結構和性能完全一致，極大的提高了高壓變頻器的可靠性與維護性；采用疊波技術，最大限度的消除了高壓變頻器輸出電壓中的諧波含量，電壓波形接近于標準的正弦波，大大改善了變頻器的輸出性能，是真正的“完美無諧波”高壓變頻器。

單個功率單元主電路結構如下所示：

功率單元主要由可控整流電路、逆變電路、控制電路、驅動電路、故障檢測電路、通訊電路、顯示電路等組成，單元輸入側串有回饋電抗器。另外，每個功率單元都能顯示自己的中間直流電壓值、工作狀態(tài)和故障信息等。當功率單元發(fā)生故障后將會向控制柜發(fā)出信號，控制機將會及時的處理。 針對本項目，榮信公司采用最優(yōu)的每相6個單元串聯(lián)疊加方式，主電路如下所示：

變頻改造后帶來的收益： 交流電機因為其結構簡單、體積小，重量輕、壽命長、故障率低、維修方便、價格便宜等諸多優(yōu)點得以廣泛應用，而交流變頻拖動的提升主傳動系統(tǒng)因為其低速調速平穩(wěn)、能重載起動、有較強的過載能力等優(yōu)良的性能將是礦井提升的發(fā)展方向。            

采用牽引型高壓變頻調速裝置的變頻調速提升系統(tǒng)與交流繞線電機轉子串電阻調速方式對比，將給用戶帶來以下收益：

◆  提升機系統(tǒng)安全得以提高，操縱更加容易     系統(tǒng)能自動高精度地按設計的提升速度圖控制提升速度，極大地降低了提升機的操縱難度；減速時電力制動自動減速，提升機司機無需再用施閘手段控制提升機減速，避免了超速、過卷的發(fā)生，杜絕了人工操作失誤。 ◆  檢繩對罐運行平穩(wěn)受控     特別設計的檢繩對罐運行程序，在鋼絲繩維護檢查及罐道檢查時,司機只需通過簡單操作就可使絞車平穩(wěn)運行在0—0.5m/s之間的任意速度。 ◆   提升系統(tǒng)電能消耗明顯下降     每年可節(jié)約電能消耗約20-40%。     變頻調速時轉子電阻被短接，加、減速階段消耗在電阻上的大量電能被節(jié)約，系統(tǒng)減速時電機產生的能量直接向電網反饋。 ◆  功率因數(shù)顯著增加     功率因數(shù)將從轉子串電阻調速的0.8左右提高到0.95以上，大大提高了設備對電網容量資源的利用率，減少了因無功電流引起的線路損耗。 ◆  生產效率進一步提高     能可靠的按系統(tǒng)設計的最短時間加、減速，顯著縮短了一次提升時間，提高生產效率。徹底解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)中用制動閘施閘或電機斷電自然減速來操控低速運行時，速度波動大、難于控制又不安全的難題；  ◆  電機發(fā)熱大幅減輕     與轉子串電阻調速相比電機定子溫度平均下降10?C左右，轉子溫度平均下降20?C左右,使電機運行的故障率大幅度減少。 ◆  系統(tǒng)維修量大幅度減少     由于實現(xiàn)了提升全過程的電力牽引與電力制動，變頻器能實現(xiàn)能量的雙向流動四象限運行，機械閘只有在停車和安全回路保護動作時才起作用，因此閘瓦的磨耗大幅度減少；     由于變頻運行機械特性很硬，不易發(fā)生鋼繩打滑，這將明顯減少鋼繩和鋼繩襯墊磨損；     由于電壓和頻率均連續(xù)可調，電動機的起動電流可得到有效控制，轉矩沖擊不再存在，明顯地減少轉子電阻有級變速出現(xiàn)的齒輪箱和鋼絲繩等設備的機械故障，減少了設備的維修量和維修費用。 ◆  人員和設備工作條件得到改善     由于大功率調速電阻群無需使用，將徹底解決工作現(xiàn)場環(huán)境溫度過高的問題；     由于減速過程用電力制動代替機械制動，可消除機械制動閘瓦磨損造成的飛塵，司機的工作條件的將得到明顯的改善；     無諧波污染，不干擾其他設備H橋串聯(lián)多電平高壓變頻器在本質上幾乎不存在諧波污染，不需增加治理投資；高壓變頻系統(tǒng)對生產設備、安全設備和通訊設備等其他設備不造成任何干擾。 五、結論 榮信四象限高壓變頻器具有高度實用性和易用性，該設備用于礦井提升機電機控制： 1) 智能控制，節(jié)約人工。 2) 按需靈活調整，節(jié)能顯著,改善工作環(huán)境。 3) 軟啟動,對電機機沖擊小，延長設備使用壽命。 4) 對供電回路檢測精準，對負載保護完善，保護及時合理，保障系統(tǒng)安全。 5) 可縮短提升時間，提高提升機的生產效率。 未來社會效益：該產品為煤礦井系統(tǒng)切實所需的安全節(jié)能高效設備。眾所周知，在國內各種能源需求應用中煤炭遙居首位，且今后也將長期依賴。故該產品市場潛力巨大，得到廣泛推廣應用后，其每年可節(jié)約電能過百萬，如在其它領域（如風機、泵類等）應用節(jié)能效果同樣顯著。若全面普及，每年可節(jié)約數(shù)千萬資金，值得在行業(yè)內大力推廣使用。 參考文獻： RHVC高壓變頻器用戶手冊．榮信電力電子股份有限責任公司  趙承荻． 電機與電氣控制技術2002.8 韓安榮． 通用變頻器及其應用[ M]．北京：機械工業(yè)出版社 ， 2 0 0 4 ．   李華德等．交流調速控制系統(tǒng)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2003：23～35，93～97. 陳伯時，陳敏遜．交流調速系統(tǒng)[M] (第2版). 北京：機械工業(yè)出版社，2005.