大型交直交變頻器在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用.pdf

1、礦井提升機(jī)是一種大型提升機(jī)電設(shè)備。為完成提升機(jī)在運(yùn)行中的速度調(diào)節(jié),有傳統(tǒng)的采用繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行分段有級調(diào)速控制,它的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單,控制方便;但缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上,能耗較高,且屬于有級調(diào)速,機(jī)械特性較軟。
　　礦井提升機(jī)的負(fù)載為位勢負(fù)載,要求傳動裝置能在四象限平滑運(yùn)行,即能量可雙向流動以滿足下放重載的要求(電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài));機(jī)械特性硬,啟動力矩較大,以滿足重載啟動的要求(有別于風(fēng)機(jī)、水泵);調(diào)速

2、范圍寬,以滿足各種速度的要求(低速爬行或快速提升)。針對安全規(guī)程而言,礦井提升在加速與減速方面都有自己特殊的具體要求。最簡單的速度圖分為四個階段。為了保證減速段速度能降下來,防止高速過卷故障的發(fā)生,通常按行程原則生成一個速度圖,用于減速段的速度給定限制。
　　可再生傳動裝置全數(shù)字交-直-交四象限變頻器能很好的滿足上述要求,其性能優(yōu),控制精度高,功率因數(shù)為1,對電網(wǎng)諧波污染小等優(yōu)點(diǎn),將逐步廣泛用于提升機(jī)傳動系統(tǒng)。本文以ABB ACS

3、6000直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)能量回饋型變頻器在提升機(jī)中的應(yīng)用,介紹相關(guān)原理和運(yùn)行調(diào)試。
　　LCL濾波器可以抑制交流電壓畸變和電流諧波。網(wǎng)側(cè)變流器和電機(jī)側(cè)變流器都有自己的RDCU控制單元和控制程序。網(wǎng)側(cè)變流器將三相交流電整流為直流電,為傳動單元的中間直流電路供電。進(jìn)而中間直流電路向驅(qū)動電機(jī)的電機(jī)側(cè)變流器供電。
　　變頻裝置中的有源前端電源AFE為三相電壓型PWM整流電源,由于全控式開關(guān)器件(如IGBT)的實(shí)用化,AFE變流

4、器已經(jīng)成為成熟的可逆變流器。AFE變流器能將直流母線電壓維持在恒定的給定值上。它既能作為整流器工作,也能作為逆變器工作,為電源側(cè)的4象限運(yùn)行。由于采用了自關(guān)斷器件IGBT,通過恰當(dāng)?shù)腜WM模式,可對交流電流的大小和相位進(jìn)行控制,并通過前端的各濾波、儲能環(huán)節(jié)使交流輸入電流接近正弦波。并且功率因數(shù)以1為中點(diǎn)而正負(fù)可調(diào)。在電機(jī)側(cè)的制動能量通過逆變器返回而使直流母線電壓升高時,可以使交流輸入電流的相位與電源電壓相位相反,實(shí)現(xiàn)再生發(fā)電運(yùn)行,并將再

5、生功率回饋到交流電網(wǎng)去,這時AFE整流器工作在有源逆變狀態(tài)。
　　AFE整流/逆變器為新一代交-直流環(huán)節(jié)。它采用自關(guān)斷器件IGBT作為功率器件,并且采用正弦波的脈寬調(diào)制技術(shù)。從而避免了可控硅類功率元件的整流/回饋單元,由于電網(wǎng)側(cè)故障而容易發(fā)生的逆變顛覆的弊端,使AC-DC環(huán)節(jié)的可靠性大幅度提高。由于AFE整流/逆變器前端的電壓與電流波形均已濾波成正弦波形,電壓與電流正弦波形間的相位差角可以按需要在一定范圍內(nèi)設(shè)定,因此功率因數(shù)可調(diào)。

6、它甚至可以對供電系統(tǒng)進(jìn)行有源的功率因數(shù)補(bǔ)償。
　　AFE剛接入電網(wǎng)時,IGBT先不工作,電網(wǎng)側(cè)電流經(jīng)IGBT旁邊反并聯(lián)的續(xù)流二極管整流,對直流電容充電,等到直流電壓Ud上升到最大值后,PWM開始共作,IGBT導(dǎo)通時流經(jīng)進(jìn)線電抗的電流增大,電抗的儲能增加,而當(dāng)IGBT關(guān)斷時,電抗儲備的能量放出,經(jīng)續(xù)流二極管向直流電容充電,使Ud增大,進(jìn)線電流又降到原處,以此循環(huán)。
　　根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩控制原理,該系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)是砰-砰控制的轉(zhuǎn)矩滯環(huán)

7、調(diào)節(jié)器和磁鏈滯環(huán)調(diào)節(jié)器。速度調(diào)節(jié)器ASR輸出轉(zhuǎn)矩給定值Te*,然后與來自轉(zhuǎn)矩觀測器的觀測值Te比較,送入轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器做砰-砰控制。在Te*后面設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán),可以抑制磁鏈變化對轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響。同時磁鏈給定值Ψs*與觀測值Ψs通過磁鏈調(diào)節(jié)器比較,輸出的磁鏈調(diào)節(jié)信號與轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)信號送入開關(guān)狀態(tài)選擇器調(diào)節(jié)。根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向,磁鏈增加或減小,轉(zhuǎn)矩增加或減小,及磁鏈?zhǔn)噶啃D(zhuǎn)位置,按照直接轉(zhuǎn)矩控制原理選擇合適的電壓矢量,確定變流器的開關(guān)模式?？刂谱冾l器

8、各開關(guān)原件的開關(guān)狀態(tài),達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩和磁鏈的目的。
　　為了能夠使調(diào)速系統(tǒng)精確度提高,我們可以采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對于礦井提升機(jī)的工藝,如果只采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)這個環(huán)節(jié),就存在轉(zhuǎn)速跟隨誤差。并且不能滿足提升機(jī)作為位勢負(fù)載,在松閘開車時有下墜危險。故采用復(fù)合控制方案是是本論文提出解決上面問題的途徑。本解決方案是在基本反饋控制系統(tǒng)中增加了兩個力矩前饋控制的環(huán)節(jié)。
　　本文所述方案成功投入運(yùn)行以來,系統(tǒng)工作穩(wěn)定,滿足了提升工藝的要求。電