HIVERT高压变频器在煤矿副井绞车中的应用pgk

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1、HIVEERT高高压变频频器在煤煤矿副井井绞车中中的应用用摘要：介介绍四象象限运行行高压变变频器的的矢量控控制原理理，在煤煤矿副井井绞车中中的运用用，改造造，以及及节能等等效果一、概述述目前矿用用交流提提升机普普遍使用用绕线式式电机转转子串电电阻调速速控制系系统。在在减速和和重物下下放时能能量通过过转子电电阻释放放，能量量不能回回馈回电电网，随随着变频频调速技技术的发发展，交交-直-交电压压型变频频调速技技术已开开始在矿矿井提升升机中应应用。HHIVEERT-YVFF06/0777大功率率变频器器是北京京合康亿亿盛科技技有限公公司研发发和生产产的高压压交流电电机调速速驱动装装置。该该变频器器采

2、用了了先进成成熟的低低压变频频技术，以以及功率率单元串串联叠波波、矢量量控制技技术、有有源逆变变能量回回馈技术术等。二、矢量量控制原原理HIVEERT-YVFF采用转转子带速速度反馈馈的矢量量控制技技术。在在转子磁磁场定位位坐标下下电机定定子电流流分解成成励磁电电流与转转矩电流流。维持持励磁电电流不变变，控制制转矩电电流也就就控制电电机转矩矩。电机机转速采采用闭环环控制。实实际运行行中给定定转速与与实际转转速的差差值通过过PIDD调节生生成转矩矩电流IIT。经经过矢量量变换将将IT、IIM变换换为电机机三相给给定电流流Ia、Ibb、IIc，它它们与电电机运行行电流相相比较生生成三相相驱动信信号

3、。控控制原理理框图如如图1图图1 控控制原理理图1、主回回路HIVEERT系系列高压压变频器器采用交交-直-交直接接高压（高高-高）方方式，主主电路开开关元件件为IGGBT。HHIVEERT变变频器采采用功率率单元串串联，叠叠波升压压，充分分利用常常压变频频器的成成熟技术术，因而而具有很很高的可可靠性。图2 HIVERT-YVF06/077高压变频器6kV系列主电路图主隔离变变压器原原边为YY型接法法，直接接与高压压相接。 组数量量依变频频器电压压等级及及结构而而定，66kV系系列为118，延延边三角角形接法法，为每每个功率率单元提提供三相相电源输输入。输输入侧隔隔离变压压器二次次线圈经经过移

4、相相，为功功率单元元提供电电源，对对6KVV而言相相当于336脉冲冲不可控控整流输输入，消消除了大大部分由由单个功功率单元元所引起起的谐波波电流，大大大抑制制了网侧侧谐波（尤尤其是低低次谐波波）的产产生。变频器输输出是5580VVAC功功率单元元六个串串联时产产生34450VV相电压压，线电电压60000VV，输出出Y接，中中性点悬悬浮，得得到驱动动电机所所需的可可变频三三相高压压电源。图3为66kV六六单元变变频器输输出的UUab线线电压波波形实录录图，图图4即为为输出电电流Iaa的实录录波形图图，峰值值电流1130AA。图33 输出出线电压压波形图图4 输输出电流流波形2、功率率单元每个功

5、率率单元结结构上完完全一致致，可以以互换，HHIVEERT-YVFF系列产产品具备备1000%定额额功率的的能量回回馈能力力， 功功率单元元原理见见图5。图中：R：三相启动电阻 K：三相接触器 C：滤波电容 L：滤波电感 功率单元元利用IIGBTT进行同同步整流流，同步步整流控控制器实实时检测测单元电电网输入入电压，利利用锁相相控制技技术得到到电网输输入电压压相位，控控制整流流逆变开开关管QQ1QQ6所构构成的相相位与电电网电压压的相位位差，便便可控制制电功率率在电网网与功率率单元之之间的流流向。以以a相为为例，若若要控制制a相电电流正方方向流动动且幅值值增大，必必须使QQ2导通通，若要要控制

6、aa相电流流反方向向流动且且幅值减减小，必必须关断断Q1，使使电流通通过Q22并联的的续流二二极管，当当电机处处于减速速运行状状态或负负力提升升时，由由于负载载惯性作作用进入入发电状状态，其其再生能能量经逆逆变器中中开关元元件和续续流二极极管向中中间滤波波电容充充电，使使中间直直流电压压升高，电电容器上上的直流流电压达达到有源源逆变起起动的门门槛电压压时，自自动起动动有源逆逆变，这这时逆变变相位超超前，功功率单元元将电机机及其负负载的机机械能转转化为电电能，回回馈到电电网中去去。 反反之则电电功率由由电网注注入功率率单元，电电功率大大小与相相位差成成正比。电电功率的的大小及及流向由由单元电电压

7、决定定，就同同步整流流而言，整整流侧相相当于一一个稳压压电源，与与电功率率大小及及方向相相对应的的电网与与逆变相相位差由由单元电电压与单单元整定定值之间间的偏差差通过PPID调调节生成成。单元逆变变输出由由Q7Q100组成，采采用矢量量正弦波波脉宽调调制（PPWM）方方式，控控制Q77Q110IGGBT的的导通和和关断，输输出单相相脉宽调调制正弦弦波形。3、控制制系统控制系统统由控制制器，IIO板和和人机界界面组成成。控制制器由三三块光纤纤板，一一块信号号板，一一块主控控板和一一块电源源板组成成。光纤纤板通过过光纤与与功率单单元传递递数据信信号，每每块光纤纤板控制制一相的的所有单单元。光光纤板

8、周周期性向向单元发发出脉宽宽调制（PPWM）信信号或工工作模式式。单元元通过光光纤接收收其触发发指令和和状态信信号，并并在故障障时向光光纤板发发出故障障代码信信号。信号板采采集变频频器的输输出电压压、电流流信号和和光电编编码盘信信号，并并将模拟拟信号隔隔离、滤滤波和量量程转换换。转换换后的信信号用于于变频器器控制、保保护，以以及提供供给主控控板数据据采集。主控板采采用高速速单片机机，完成成对电机机控制的的所有功功能，运运用正弦弦波空间间矢量方方式产生生脉宽调调制的三三相电压压指令。通通过RSS2322通讯口口与人机机界面主主控板进进行交换换数据，提提供变频频器的状状态参数数，并可可网络化化控制

9、。通通过主控控板和IIO接口口板通讯讯来的数数据，计计算出电电流、电电压、功功率、运运行频率率等运行行参数，并并实现对对电机的的过载、过过流告警警和保护护。通过过RS2232通通讯口与与主控板板连接，通通过RSS4855通讯口口与IOO接口板板连接，实实时监控控变频器器系统的的状态。三、设备备改造方方案及现现场试验验过程1、设备备改造方方案现有有设备情情况： 改造前前副井绞绞车的设设备配置置：焦作作华飞全全数字直直流控制制台一台台，两台台6kvv， 6630kkw主电电机，一一用一备备（1）、设设计利用用原有操操作台控控制原有有电控系系统和现现用的高高压变频频装置，利利用一台台开关柜柜可以切切

10、换新老老系统；用另一一台开关关柜可以以切换两两台主电电机，主主控台主主令手把把控制的的高速计计数器产产生的正正反向脉脉冲数值值量通过过FX22N-44DA数数摸转换换为420mmA电流流信号，控控制变频频器的运运行频率率，主控控台手把把的正反反向位置置控制变变频的正正反向启启动与停停车。根根据煤矿矿安全规规程速度度规定，我我矿绞车车等段速速频率控控制在446.666Hzz。（22）、高高压变频频器运行行过程中中的频率率、电机机电流、电电压、各各种轻重重故障，通通过与主主控台PPLC的的通讯，在在操作台台上进行行显示，方方便司机机与维修修工监视视绞车的的运行状状态与故故障记忆忆。（33）、我我矿

11、副井井井筒罐罐道为组组合罐道道，绞车车在正常常停车位位置启动动后，罐罐笼从稳稳罐道脱脱离（稳稳罐道长长度5mm）后，进进入组合合罐道以以及罐笼笼在井底底从组合合罐道脱脱离进入入稳罐道道时，衔衔接时如如速度过过高容易易产生振振动以及及绞车在在停车时时，由于于闸的空空行程停停车瞬间间对绞车车也容易易产生振振动。为为避免上上述情况况采用方方案如下下：通过操作作台PLLC编程程控制FFX2NN-4DDA输出出，从而而控制变变频器在在整个运运行过程程中的运运行频率率。在启启动时前前5m内内频率自自动控制制为0.2Hzz2.7Hzz速度为为0.445m/s；加加速段频频率从22.7HHz446.66Hz，

12、速速度从00.455m/ss7.66mm/s，加加速时间间13ss；减速速段频率率从466.666Hz2.77Hz，速速度从77.666m/ss降到00.455m/ss，减速速时间114秒，确确保在距距井底55米内速速度降到到0.445m/s，接接近井口口1m频频率1.2Hzz，速度度降为00.2mm/s。整整个运行行曲线如如下：图图六 运运行曲线线通过以以上偏移移控制，绞绞车整体体运行非非常平稳稳。 2、现场场负荷实实验数据据（1）、22.3TT负载数数据：在在罐笼上上加一个个2.33T中的的重车，用用控制台台低速、半半速、全全速反复复几次开开车，记记录输出出电流和和输出电电压等参参数（22

13、）、44.6TT负载数数据：在在罐笼上上加两个个2.33T中的的重车，用用控制台台低速、半半速、全全速反复复几次开开车，记记录输出出电流和和输出电电压等参参数（33）、111T单单钩提升升负载数数据：在在罐笼上上加两个个2.33T中的的罐车，用用低速单单钩提升升的办法法，来检检验变频频器最大大输出转转矩能否否在最特特殊的情情况下提提升。（44）现场场拍摄的的速度图图如下四四、技术术经济分分析我矿于220066年100月155日停产产检修期期间在副副井安装装了一套套高压变变频调速速电控系系统，现现已改造造完毕。该该高压变变频调速速电控系系统在我我矿副井井投入运运行以来来，不仅仅大大提提高了副副井

14、系统统的安全全性和可可靠性，速速度曲线线平稳，确确保了副副井提升升机高质质量运行行，而且且其技术术性能达达到国内内领先水水平，具具有能量量回馈电电网功能能，节能能效果显显著。原原我矿副副井使用用交流电电控系统统每月平平均用电电量3.1万度度,现使使用高压压变频调调速电控控系统每每月平均均用电量量2.333万度度,节电电0.777万度度，节电电率为225%。该该装置可可应用于于需要四四象限反反馈、动动态响应应快、低低速运行行转矩大大等高精精度场合合。具有有瞬时停停电跟踪踪功能，实实现了高高转矩、高高精度、宽宽调速范范围驱动动。低速速输出转转矩大，过过载能力力强，保保护功能能齐全，可可靠性高高，故障障率低，维维护方便便等优点点。由于于采用了了高压变变频控制制技术，整整个运行行过程平平稳，无无级调速速，乘坐坐舒适，减减少了机机械的冲冲击，延延长了设设备使用用寿命，产产生了非非常可观观的经济济及社会会效益。矿矿山提升升机变频频调速系系统具有有控制性性能优良良、操作作简便、运运行效率率高、维维护工作作量小等等诸多优优点,随随着变频频调速技技术的日日益成熟熟与能源源节约要要求的必必然趋势势，它正正成为矿矿山提升升机调速速的发展展方向。