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合康 HIVERT-Y(T)VF 礦井提升機(jī)高壓變頻器

合康 HIVERT-Y(T)VF 礦井提升機(jī)高壓變頻器

產(chǎn)品簡介:

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。 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)以及各種實驗平臺。

產(chǎn)品分類:

中高壓變頻器 單元串聯(lián)多電平

品牌:

合康新能

產(chǎn)品介紹

產(chǎn)品構(gòu)成

啟動柜

當(dāng)變頻器適配電機(jī)功率≥1800kW時,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)通過溫控儀實時監(jiān)控變壓器繞組溫度:當(dāng)變壓器繞組溫度較高時,系統(tǒng)發(fā)出輕故障報警并開啟變壓器底部風(fēng)機(jī);當(dāng)溫度超過報警或跳閘設(shè)定值時,系統(tǒng)發(fā)出輕故障報警或跳閘信號。 

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,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,取消單元緩沖環(huán)節(jié),由啟動柜實現(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:同步整流控制器實時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)定子電流分解成勵磁電流與轉(zhuǎn)矩電流。維持勵磁電流不變,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。實際運(yùn)行中給定轉(zhuǎn)速與實際轉(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*與實際反饋回的勵磁電流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、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準(zhǔn)確的監(jiān)測電機(jī)實際轉(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,可實現(xiàn)短時、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,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,檢測空載勵磁電流I0和轉(zhuǎn)子時間常數(shù)Tr,這兩個參數(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)通過光纖實時通訊至從機(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)送兩個光纖通訊接口實現(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

變頻器額定容量

315-4500kW/400-6000kVA

額定電壓

6kV/10kV(-20%~ 15%)※

額定頻率

50Hz/60Hz(-10%~10%)※

調(diào)制技術(shù)

矢量控制加空間矢量控制技術(shù)

控制電源

380VAC,1-20kVA(依功率等級而定)

輸入功率因數(shù)

>0.96

效率

>0.96 變頻部分>98%

輸出頻率范圍

0Hz~120Hz

頻率分辨率

0.01Hz(0.00Hz-80.00Hz),或0.002Hz

瞬時過流保護(hù)

200% 立即保護(hù)(可根據(jù)用戶要求定制)

過載能力

120% 2分鐘;150% 3秒;

限流保護(hù)

10%-150%設(shè)定

模擬量輸入

兩路4~20mA

模擬量輸出

四路4~20mA

上位通訊

隔離RS485接口,ModBus RTU; Profibus DP;

工業(yè)以太網(wǎng)規(guī)約(可選)

加減速時間

5秒~1600秒(與負(fù)載相關(guān))

開關(guān)量輸入輸出

12入/13出(輸出可擴(kuò)展)

運(yùn)行環(huán)境溫度

-5~ 45℃※

貯存/運(yùn)輸溫度

-40~ 70℃※

冷卻方式

強(qiáng)迫風(fēng)冷

環(huán)境濕度

<95%,不結(jié)露※

安裝海拔高度

<1000米,高于海拔1000米,每增加100米降額1%運(yùn)行

粉塵

不導(dǎo)電、無腐蝕性,<6.5mg/d m3 ※

防護(hù)等級

IP30

柜體顏色

PANTONE Cool Gray 1U &2915U(或根據(jù)用戶提供色標(biāo)定制)

 

※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)以及各種實驗平臺。

 

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、價格昂貴、售后服務(wù)不及時等問題,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。

此項目為新建項目,整個提升機(jī)電控系統(tǒng)分為3個部分: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,提升時最大加速電流400A,下放時最大減速電流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;

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

  • 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)量小;

  • 實現(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,能實現(xiàn)能量回饋。

  • 改造后優(yōu)點(diǎn) 

序號

項目

完成變頻安裝后

1

加減速時間

加減速時間恒定不隨負(fù)載變化,與司機(jī)操作無關(guān),提高了生產(chǎn)效率

2

機(jī)械沖擊

無機(jī)械沖擊

3

電網(wǎng)沖擊

啟動時輸出電流為額定1.2倍左右,等速段、減速段、爬行段無輸出電流沖擊,

啟動時網(wǎng)側(cè)電流為額定電流的0.3&mdash;0.4倍,無沖擊

4

低速爬行

速度閉環(huán)控制,低速爬行穩(wěn)定;可以在0.1m/s的低速平穩(wěn)運(yùn)行

5

司機(jī)操作

操作簡單、容易,勞動強(qiáng)度小

6

重物下放

再生制動,能量回饋到電網(wǎng),節(jié)約能量

7

系統(tǒng)節(jié)能

系統(tǒng)節(jié)能明顯,一般在10%-30%左右

8

功率因數(shù)

網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)0.95以上,符合國家標(biāo)準(zhǔn)

9

電機(jī)發(fā)熱

因電流減小,電機(jī)發(fā)熱明顯減少

10

閘瓦磨損

閘瓦磨損小,減少粉塵,改善了值班環(huán)境

11

環(huán)境溫度

無大功率發(fā)熱器件,改善了值班環(huán)境

12

諧波問題

完美無諧波變頻器,輸入輸出諧波含量低,對電網(wǎng)無污染,對其他設(shè)備無干擾

13

噪聲

無噪聲,改善了值班環(huán)境

14

啟動力矩

啟動轉(zhuǎn)矩大,可以達(dá)到額定力矩的2倍

15

維護(hù)

維護(hù)量小

 

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。

 

 

 

 




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