產(chǎn)品構(gòu)成

啟動柜

當(dāng)變頻器適配電機(jī)功率≥1800kW時(shí)，系統(tǒng)增配啟動柜。啟動柜可以有效抑制變壓器上電瞬間的激磁涌流，防止引起上級電源柜速斷保護(hù)裝置動作，還可以為單元直流電容預(yù)充電。

啟動柜中配置啟動電阻，可降低上電產(chǎn)生的沖擊電流。不同容量變頻器啟動電阻阻值及功率有所不同，預(yù)充電后，按照設(shè)定程序，通過真空接觸器短接電阻。

 變壓器

隔離變壓器為干式變壓器，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷：原邊為星形接法，與進(jìn)線高壓直接相連或通過啟動柜相連；副邊繞組為延邊三角形接法，繞組間有固定的相位差，通過電抗器為功率單元提供電源。

變壓器配有溫控儀，控制系統(tǒng)通過溫控儀實(shí)時(shí)監(jiān)控變壓器繞組溫度：當(dāng)變壓器繞組溫度較高時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出輕故障報(bào)警并開啟變壓器底部風(fēng)機(jī)；當(dāng)溫度超過報(bào)警或跳閘設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出輕故障報(bào)警或跳閘信號。 

功率單元

功率單元輸入端與電抗器相連后接變壓器二次線圈的三相低壓輸出。當(dāng)變頻器適配電機(jī)功率小于1800kW時(shí)，功率單元增加緩沖環(huán)節(jié)，用以單元預(yù)充電限流及保護(hù)輸入側(cè)IGBT。

當(dāng)變頻器適配電機(jī)功率超過或等于1800kW時(shí)，取消單元緩沖環(huán)節(jié)，由啟動柜實(shí)現(xiàn)單元預(yù)充電限流及保護(hù)輸入側(cè)IGBT功能，因此功率單元與電抗器直接相連。

HIVERT-Y(T)VF系列產(chǎn)品理論具備100%額定功率的能量回饋能力。功率單元利用IGBT進(jìn)行同步整流：同步整流控制器實(shí)時(shí)檢測單元輸入電壓幅值及相位，通過控制整流側(cè)IGBT所產(chǎn)生的電壓與單元輸入電壓的相位差，從而控制電功率在電網(wǎng)與功率單元之間的流向——單元電壓相位超前，功率單元將電能回饋給電網(wǎng)，反之電功率由電網(wǎng)注入功率單元。

電功率的大小及流向由單元電壓決定。就同步整流而言，整流側(cè)相當(dāng)于一個(gè)穩(wěn)壓電源，相位差偏差通過矢量控制算法、PID調(diào)節(jié)生成。

控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由控制器、接口板和人機(jī)界面（包括柜門按鈕等）組成。

HIVERT-YVF系列變頻器采用轉(zhuǎn)子帶速度反饋的矢量控制技術(shù)。在轉(zhuǎn)子磁場定位坐標(biāo)下，電機(jī)定子電流分解成勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩電流。維持勵(lì)磁電流不變，控制轉(zhuǎn)矩電流也就控制了電機(jī)轉(zhuǎn)矩。電機(jī)轉(zhuǎn)速采用閉環(huán)控制。實(shí)際運(yùn)行中給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值通過PID調(diào)節(jié)生成轉(zhuǎn)矩電流iT*。經(jīng)過矢量變換將iT*、iM*與實(shí)際反饋回的勵(lì)磁電流iM轉(zhuǎn)矩電流iT相比較，經(jīng)過空間矢量控制，最終生成三相電壓驅(qū)動信號。

HIVERT-TVF系列變頻器通過矢量控制系統(tǒng)的解耦, 速度給定（頻率給定）與速度反饋相減得出速度誤差，速度誤差經(jīng)PI調(diào)節(jié)后輸出轉(zhuǎn)矩電流給定iqref；idref勵(lì)磁電流給定是根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)需要進(jìn)行調(diào)整其值根據(jù)不同的電機(jī)和負(fù)載得出的經(jīng)驗(yàn)值。

電機(jī)三相電流反饋ia、ic經(jīng)傳感器采樣，然后再根據(jù)轉(zhuǎn)子位置電氣角度θ進(jìn)行Clarke變換，變換后輸出ialpha、ibeta；ialpha、ibeta經(jīng)Park變換輸出id、iq；id、iq值與給定值iqref、idref求誤差，進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后輸出Vsqref、Vsdref；Vsqref、Vsdref和轉(zhuǎn)子位置電氣角度θ經(jīng)過Park逆變換輸出Valpha、Vbeta；Valpha、Vbeta經(jīng)過Clarke逆變換輸出電機(jī)定子三相電壓Va、Vb、Vc值；三相電壓Va、Vb、Vc值作為PWM（脈寬調(diào)制）的比較值比較輸出PWM波形到逆變器從而驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

原理 

合康礦井提升機(jī)用四象限高壓變頻器有HIVERT-YVF和HIVERT-TVF兩種系列。其中，HIVERT-YVF適配異步電機(jī)，HIVERT-TVF適配同步電機(jī)。這兩種系列變頻器均由移相變壓器、功率單元和控制系統(tǒng)（包括：控制器、接口板和人機(jī)界面）構(gòu)成。

當(dāng)變頻器適配電機(jī)功率≥180

特性

   1、有PG矢量控制方式 

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器采用有PG矢量控制方式，在全頻率段穩(wěn)定輸出正弦波電流。系統(tǒng)可以對勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制，并具有動態(tài)響應(yīng)速度快、電機(jī)的加（減）速度特性好等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于系統(tǒng)配置速度編碼器，因此電機(jī)調(diào)速范圍廣，且系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，具有電機(jī)超速保護(hù)能力。另外，在配合外部保護(hù)信號情況下，可實(shí)現(xiàn)短時(shí)、快速有效電氣制動 

2、額定功率回饋能力

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器中功率單元采用PWM全控整流方式，功率單元利用IGBT進(jìn)行同步整流，通過控制整流側(cè)IGBT所產(chǎn)生的電壓與單元輸入電壓的相位差，從而控制電功率在電網(wǎng)與功率單元之間的流向，使變頻器最大回饋功率達(dá)到額定輸出功率，達(dá)到短時(shí)制動的要求。 

3、低頻高轉(zhuǎn)矩輸出

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器具有對轉(zhuǎn)矩電流單獨(dú)控制的特點(diǎn)，使電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下能夠輸出較大轉(zhuǎn)矩，滿足提升機(jī)對啟動轉(zhuǎn)矩的要求。此外，在提升機(jī)系統(tǒng)啟動時(shí)，盤形閘松開前變頻器能夠提供初始轉(zhuǎn)矩電流，避免罐籠在松閘后溜車。

4、自動識別參數(shù)功能

對于矢量控制方式下所需的電機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)，HIVERT-YVF系列變頻器可通過“空載啟動”模式進(jìn)行參數(shù)辨識，檢測空載勵(lì)磁電流I0和轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)Tr，這兩個(gè)參數(shù)對于變頻器能否以最優(yōu)性能運(yùn)行至關(guān)重要。

HIVERT-TVF系列變頻器可通過“轉(zhuǎn)子定位”啟動模式自動辨別電機(jī)轉(zhuǎn)向，所以安裝時(shí)無需考慮編碼器及電機(jī)旋轉(zhuǎn)正方向，編碼器可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活安裝在電機(jī)軸端或尾端。此外，電機(jī)轉(zhuǎn)子及定子磁極一般不可見，而絕對值式編碼器不但可以同步檢測轉(zhuǎn)子的速度，而且能通過脈沖數(shù)量準(zhǔn)確計(jì)算出轉(zhuǎn)子磁極相對于定子磁極的相對位置，從而將同步電機(jī)轉(zhuǎn)子提前定位到同步運(yùn)行狀態(tài)。

5、轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制

在電機(jī)運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)速通過脈沖編碼器構(gòu)成閉環(huán)控制。HIVERT-Y(T)VF系列變頻器速度調(diào)節(jié)器會自動調(diào)整電機(jī)速度，以達(dá)到最快的速度響應(yīng)、最小的超調(diào)范圍。

6、電流閉環(huán)控制

在電機(jī)運(yùn)行過程中，電流通過霍爾傳感器構(gòu)成閉環(huán)控制。HIVERT-Y(T)VF系列變頻器電流調(diào)節(jié)器會自動調(diào)節(jié)變頻器輸出電流，以達(dá)到最快的電流響應(yīng)、最小的電流波動。

7、雙（多）機(jī)聯(lián)動控制功能

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器具有雙（多）機(jī)聯(lián)動控制功能。當(dāng)主機(jī)接收到外部啟動信號后，主機(jī)啟動，同時(shí)將主機(jī)數(shù)據(jù)（包括：啟停信號、運(yùn)行頻率和轉(zhuǎn)矩電流）通過光纖實(shí)時(shí)通訊至從機(jī)；從機(jī)準(zhǔn)確跟蹤主機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，與主機(jī)保持同步。

HIVERT-Y(T)VF系列每臺變頻器配置接收和發(fā)送兩個(gè)光纖通訊接口實(shí)現(xiàn)主從控制。多機(jī)聯(lián)動系統(tǒng)內(nèi)每一臺電機(jī)均配有編碼器，各個(gè)電機(jī)速度或速度及轉(zhuǎn)子位置信號均可反饋至相應(yīng)變頻器。因此，多機(jī)聯(lián)動系統(tǒng)內(nèi)所有變頻器均具有發(fā)送主機(jī)數(shù)據(jù)、監(jiān)控電機(jī)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子位置的功能，用戶可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活設(shè)置一臺變頻器為主機(jī)、其余變頻器為從機(jī)。

 技術(shù)參數(shù)

礦井提升機(jī)用四象限高壓變頻器—— HIVERT-Y(T)VF系列

※超出范圍請咨詢北京合康億盛變頻科技股份有限公司

規(guī)格型號 

異步提升機(jī)系列

同步提升機(jī)系列

 應(yīng)用領(lǐng)域

    本產(chǎn)品適用于煤礦地面主井、副井等提升設(shè)備，低瓦斯礦井井下，適用對象包括井下暗斜井、暗立井；單水平、多水平；單卷筒、雙卷筒等礦井提升機(jī)。主要應(yīng)用于礦井提升機(jī)以及各種實(shí)驗(yàn)平臺。

應(yīng)用案例 

冀中能源峰峰集團(tuán)吳桐莊礦2號主井調(diào)速系統(tǒng)改造

－－－－4200kW同步電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)

概述

變頻調(diào)速方案是現(xiàn)今礦山提升系統(tǒng)的必要趨勢。由于現(xiàn)在的煤礦大都是多年前設(shè)計(jì)的配套生產(chǎn)設(shè)備，電機(jī)大多選用安裝、使用方便的異步電機(jī)，且由于開采量、提升量等因素限制，電機(jī)功率選型一般都不大（250kW-1250kW之間），有些煤礦的提升系統(tǒng)主驅(qū)動仍在使用30年前的繞線異步電機(jī)。對于此種中小功率提升系統(tǒng)的場合，國內(nèi)已經(jīng)有很多應(yīng)用案例。

對于早先建設(shè)的年產(chǎn)量較大的礦井以及現(xiàn)在新建設(shè)的高產(chǎn)量礦井，大都配備了大功率同步電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)，即不加減速器，直接由電機(jī)拖動滾動來帶動罐籠。以前大功率同步電機(jī)提升機(jī)的市場一直被國外產(chǎn)品所占領(lǐng)（比如ABB），國外變頻系統(tǒng)一般采用三電平方式，存在輸入、輸出諧波含量重、價(jià)格昂貴、售后服務(wù)不及時(shí)等問題，且國內(nèi)變頻器行業(yè)內(nèi)一直未有能涉足此種大功率同步電機(jī)提升系統(tǒng)的產(chǎn)品出現(xiàn)，基于此種情況，我公司積極研發(fā)了基于單元串聯(lián)方式的高壓變頻器。這種變頻器裝置可四象限運(yùn)行(100%能量回饋能力)、驅(qū)動大功率同步電機(jī)，現(xiàn)已成功應(yīng)用于現(xiàn)場。 

項(xiàng)目概況

冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司吳桐莊礦2號主井提升系統(tǒng)是2010年新建主井，現(xiàn)已基本投入生產(chǎn)，2號主井設(shè)計(jì)年產(chǎn)量可達(dá)到400萬噸。待2號主井完全投入正常生產(chǎn)后，1號井即可停產(chǎn)，所以2號井的投產(chǎn)在未來的整個(gè)煤礦生產(chǎn)中占有極其重要的地位。因此，這就要求2號主井礦井提升機(jī)電力傳動系統(tǒng)具有極高的安全可靠性、控制精度以及調(diào)速性能。

此項(xiàng)目為新建項(xiàng)目，整個(gè)提升機(jī)電控系統(tǒng)分為3個(gè)部分：全數(shù)字交-直-交高壓變頻全數(shù)字電控調(diào)速系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化操作控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)。電控采用洛陽智超的全數(shù)字化自動控制系統(tǒng)，使用S7-300系列PLC作在線冗余系統(tǒng)，可靠性高。

傳動系統(tǒng)：采用北京合康變頻生產(chǎn)的同步電機(jī)矢量控制提升機(jī)專用高壓變頻器，變頻器型號：HIVERT-TVF 06/600變頻器的容量為5250kVA , 干式變壓器容量5250KVA，適配電動機(jī)4200kW，滿足4200kw/6kv電機(jī)的需要；

控制系統(tǒng)：采用西門子公司S7-400雙PLC雙線制控制，配組合式網(wǎng)絡(luò)化控制的操縱臺；

監(jiān)控系統(tǒng)：采用原裝進(jìn)口工控機(jī)系統(tǒng)含大屏幕彩色顯示器、激光打印機(jī)；監(jiān)控軟件是基于Win-CC系統(tǒng)下的人機(jī)接口，由許多標(biāo)準(zhǔn)軟件技術(shù)構(gòu)成。它用于監(jiān)視和控制過程控制系統(tǒng)，在調(diào)試過程具有編程器的功能，漢化程度高。

控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)之間通過PLC數(shù)據(jù)總線進(jìn)行系統(tǒng)通訊及信號交換，并預(yù)留與礦井局域網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)的接口（opc通訊協(xié)議），具有遠(yuǎn)程診斷功能。井筒控制和信號系統(tǒng)與主控系統(tǒng)采用總線通訊方式 硬接線方式進(jìn)行信息交換。 

現(xiàn)場性能分析

4200kW主井提升系統(tǒng)參數(shù)為：

滾筒直徑4.5m；

井深640m；

4根鋼絲繩，每根直徑50mm；

斗車重35噸；

目前載貨量為20噸；

無減速機(jī)；

額定提升速度13m/s；

電機(jī)額定轉(zhuǎn)速57rpm，電機(jī)額定空載電流100A；

      變頻器穩(wěn)態(tài)輸出電流260A，提升時(shí)最大加速電流400A，下放時(shí)最大減速電流350A，運(yùn)行穩(wěn)定。

系統(tǒng)在重載情況下啟動，變頻器的輸出波形很平穩(wěn)，系統(tǒng)的啟動過程均勻加速，無較大沖擊電流。從圖1中可以看出電流超前于電壓，系統(tǒng)運(yùn)行的功率因數(shù)基本處于超前狀態(tài)。

經(jīng)濟(jì)效益分析

• 吳桐莊礦主井提升系統(tǒng)完成變頻調(diào)速工程以后，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 啟動轉(zhuǎn)矩大，爬行區(qū)有勁兒，加、減速快速平穩(wěn)，全速運(yùn)行時(shí)速度保持度好。啟動和加減速階段基本不存在機(jī)械沖擊，極大的延長了設(shè)備的使用壽命；

• 縮短提升時(shí)間，產(chǎn)量高。新系統(tǒng)一勾的提升時(shí)間約為110s，時(shí)間效率得到提高；

• 再生制動，能量回饋，節(jié)約電能；

• 閘瓦磨損小，輸入輸出諧波含量極低，對電網(wǎng)無污染，對周邊設(shè)備無干擾。維護(hù)量??；

• 實(shí)現(xiàn)了軟啟動、軟停車，減少了機(jī)械沖擊，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。

• 起動及加、減速時(shí)沖擊電流很小，減輕了對電網(wǎng)的沖擊，簡化了操作、降低了工人的勞動強(qiáng)度。

• 起動轉(zhuǎn)距、低頻轉(zhuǎn)距、制動轉(zhuǎn)距均符合規(guī)定的要求。

• 運(yùn)行速度曲線成S形，使加減速平滑、無撞擊感。

• 遠(yuǎn)控及顯示正常，使操作方便、觀測更直觀。

• 安全保護(hù)功能齊全，除一般的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等保護(hù)外，還設(shè)有聯(lián)鎖保護(hù)、自動限速保護(hù)功能等

• 當(dāng)減速制動及重物下放時(shí)，能實(shí)現(xiàn)能量回饋。

• 改造后優(yōu)點(diǎn) 

我公司自主研發(fā)的驅(qū)動同步電機(jī)、四象限運(yùn)行的大功率高壓變頻器已經(jīng)成功運(yùn)行于礦井提升機(jī)大功率同步電機(jī)負(fù)載。高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制變頻器具有四象限運(yùn)行、啟動轉(zhuǎn)矩大、恒轉(zhuǎn)矩輸出、調(diào)速范圍寬、諧波小等顯著特點(diǎn)。填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的空白，打破了國外持久以來的壟斷現(xiàn)狀，為民族產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新、開拓起到了榜樣作用。