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變頻調(diào)速在礦井提升中的應(yīng)用

2011-12-31 00:00:00石克鋒
科技資訊 2011年18期


  作者簡介:
  石克鋒(1974年7月出生),男,??疲瑱C(jī)電工程師,注冊安全工程師,研究方向:煤礦機(jī)電。
  
  
  摘要:變頻器是將固定頻率的交流電變換為頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的一種電氣裝置。變頻器的問世,在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域里發(fā)生了一場技術(shù)革命,即用交流調(diào)速取代其他調(diào)速方式。變頻調(diào)速技術(shù)具有節(jié)能、改善電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、減少電機(jī)損傷和對電網(wǎng)的沖擊以及便于自動(dòng)控制等諸多優(yōu)勢,被國內(nèi)公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。
  關(guān)鍵詞:變頻器變頻調(diào)速
  中圖分類號(hào): TD534 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1672-3791(2011)06(c)-0000-01
  
  1 變頻調(diào)速與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的比較
  1.1 轉(zhuǎn)子調(diào)速
  現(xiàn)在大多數(shù)礦用提升機(jī)還在沿用傳統(tǒng)的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī),用轉(zhuǎn)子串電阻的方法調(diào)速。這種系統(tǒng)屬于傳統(tǒng)的調(diào)速方法。由人為機(jī)械特性可知,轉(zhuǎn)子回路串電阻以后,機(jī)械特性變軟,轉(zhuǎn)速降低,其調(diào)速過程如圖1所示。
  
  電動(dòng)機(jī)原來穩(wěn)定運(yùn)行于固有特性 的點(diǎn),轉(zhuǎn)子回路串入電阻后,機(jī)械特性軟化變?yōu)?,運(yùn)行點(diǎn)過渡到人為特性 的 點(diǎn)。由于 ,電動(dòng)機(jī)變減速,當(dāng)減速到 點(diǎn)時(shí), 電動(dòng)機(jī)有低速運(yùn)行于新的穩(wěn)定工作點(diǎn) 。調(diào)速時(shí),當(dāng)電源電壓為 ,磁通為 ,兩者均不變;轉(zhuǎn)子電流限制為 ;功率因數(shù) 基本不變,故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 為定值,屬恒轉(zhuǎn)矩輸出。轉(zhuǎn)子回路串入電阻以后,轉(zhuǎn)差率增大。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子銅損即轉(zhuǎn)差功率為 如忽略機(jī)械損耗則輸出功率為 調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子回路效率為 由以上三式可以看出,隨著轉(zhuǎn)速降低,轉(zhuǎn)差率增加,轉(zhuǎn)子銅損增大,輸出功率減小,效率降低,因而經(jīng)濟(jì)性差。
  
  2 變頻調(diào)速
  供電電源的額定頻率稱為基頻,變頻調(diào)速可以從基頻往上調(diào),也可以從基頻往下調(diào)。
  2.1 從基頻向上變頻調(diào)速
  當(dāng)頻率升高時(shí),如升高電源電壓顯然是不允許的。所以只能維持 不變。由于頻率 升高,則磁通Φ會(huì)減小,因此在同一定子電流下轉(zhuǎn)矩也減小。若維持 額定不變,因?yàn)轭l率升高時(shí),功率 可以維持基本不變,因mC14hqXCcxpkVhKp6sQhuQ==此屬恒功率調(diào)速。變頻調(diào)速機(jī)械性能如圖2所示。
  
  2.2 從基頻向下變頻調(diào)速
  由電機(jī)原理可知,異步電動(dòng)機(jī)定子電壓 電源頻率 和磁通φ有以下關(guān)系
  式中 ——定子繞組系數(shù); ——定子繞組每相匝數(shù)。
  上式說明,如果降低電源頻率時(shí)保持電源電壓不變,則隨著 下降,磁通Φ會(huì)增加,磁路飽和,勵(lì)磁電流增加,導(dǎo)致鐵損急劇增加,這是決不允許的。如果在 降低時(shí), 也相應(yīng)降低,可以維持Φ為恒值,這樣既能充分利用電機(jī)出力,又不會(huì)因?yàn)榇怕凤柡投痂F芯發(fā)熱。采用 為常數(shù)的控制原則,從理論上分析屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,機(jī)械性硬度可保持不變。
  3 高壓變頻工作原理
  功率單元串聯(lián)的方法解決了用低壓的IFBT實(shí)現(xiàn)高壓變頻的困難。圖3所示為功率單元電路圖,每個(gè)功率單元在結(jié)構(gòu)上完全一致,可以互換,這不但使調(diào)試、維修方便,而且使設(shè)備也十分經(jīng)濟(jì),假如某一功率單元,該單元輸出端能自動(dòng)旁路而整機(jī)可以暫時(shí)降額工作,直到慢慢停止運(yùn)行。圖4所示為電壓疊加原理圖。
  
  
  對于額定電壓輸出為6KV的變頻器,每相由6個(gè)低壓為580V的IGBT功率單元串聯(lián)而成,則疊加后輸出相電壓最高可達(dá)3480V,線電壓為 。由圖4可以看出每個(gè)功率單元將承受全部輸出電流,但只供1/6的相電壓和1/18的輸出功率。
  4 礦用提升機(jī)變頻調(diào)速的改造及應(yīng)用
  4.1 現(xiàn)場應(yīng)用
  2010年3月淮北礦業(yè)集團(tuán)海孜煤礦西部混合井絞車電控改造所選用的設(shè)備為交——直——交電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng),如圖5所示。
  
  該系統(tǒng)運(yùn)行過程主要有兩個(gè)部分:
 ?。?) 絞車電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)工作的過程,即正常逆變過程。該過程主要是由整流、濾波和正常逆變?nèi)蟛糠纸M成。其中正常逆變過程是核心部分,它改變電動(dòng)機(jī)定子的供電頻率、電壓。起到調(diào)速作用。(2)絞車電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作的過程,即能量回饋過程。該過程主要由整流、回饋逆變和輸出濾波三部分組成。其中該部分整流是由正常逆變部分中IGBT的續(xù)流二極管完成。二極管 和 為隔離二極管,其主要作用是隔離正常逆變部分和回饋逆變部分。電解電容 的主要作用是為回饋逆變部分提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓源,保證逆變部分運(yùn)行更可靠?;仞伳孀儾糠质钦麄€(gè)回饋過程的核心部分。該部分實(shí)現(xiàn)回饋逆變輸出電壓相位于電網(wǎng)電壓相位一致。
  為了確保安全可靠,讓變頻調(diào)速系統(tǒng)于原系統(tǒng)并存,互為備用,隨時(shí)切換。同時(shí)為了讓操作者不改變操作習(xí)慣,工頻和變頻系統(tǒng)都用員操作臺(tái)操作,變頻調(diào)速系統(tǒng)于原來調(diào)速系統(tǒng)切換搞糟方框圖如圖6所示。
  
  4.2 運(yùn)行效果及前景
  通過對該礦絞車電控系統(tǒng)的改造,運(yùn)行一年來的效果告訴我們,絞車的穩(wěn)定性和安全性都大大提高,節(jié)能效果明顯。
  由于變頻器是應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)、電力拖動(dòng)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等科研成果,并根據(jù)市場的需求而研制開發(fā)的新一代高效節(jié)能型高科技產(chǎn)品。它具有節(jié)能、改善運(yùn)行環(huán)境、平滑加速度、延長電機(jī)壽命、減少對電網(wǎng)的沖擊以及便于自動(dòng)控制等諸多優(yōu)點(diǎn),因此被國內(nèi)公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。
  
  

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