摘 要：ACS6000中壓交直交變頻系統(tǒng)具有功率大、運(yùn)行元件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、響應(yīng)速度快、功率因數(shù)為1、諧波小噪聲低、對(duì)電網(wǎng)沖擊小、能耗低等特點(diǎn)，且其控制、保護(hù)、操作、維護(hù)功能齊全，動(dòng)態(tài)、靜態(tài)控制性能優(yōu)越，故障自診斷系統(tǒng)完善，查找故障簡(jiǎn)單方便，多重保護(hù)系統(tǒng)保證提升機(jī)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：提升機(jī) 中壓交直交變頻系統(tǒng) 安全可靠

中圖分類號(hào)：TD534 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（b）-0091-01

隨著同煤集團(tuán)千萬(wàn)噸礦井的建設(shè)，許多大功率、高效能的先進(jìn)設(shè)備也不斷地被引進(jìn)，使我們的生產(chǎn)水平與國(guó)際水平接軌。麻家梁礦主井擔(dān)負(fù)著礦井原煤的提升任務(wù)，是保證礦井生產(chǎn)能力的喉舌設(shè)備，其安全、可靠運(yùn)行是保證產(chǎn)量的首要條件。

該設(shè)備采用落地式、摩擦式提升機(jī)，提升容器為45噸箕斗，提升高度595.8 m，井筒直徑Φ9.0 m；提升機(jī)滾筒直徑Φ5700 mm（重55.6t）；電機(jī)采用三相同步電機(jī)，功率7000 kW；額定提升速度13.73 m/s，加速度0.75 m/s2；制動(dòng)系統(tǒng)采用14對(duì)制動(dòng)器、兩臺(tái)液壓站同時(shí)運(yùn)行，互為熱備用狀態(tài)；主變壓器（雙繞組）為2500 kVA，高壓：5000 V，低壓3160 V。對(duì)于這樣大功率的提升機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其有效控制，確保提升機(jī)安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。我們采用ABB公司ACS6027-A12-2S09型中壓交直交變頻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、控制保護(hù)系統(tǒng)、行程監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)和操作維護(hù)系統(tǒng)的控制。

1 技術(shù)性能及特點(diǎn)

ACS6027-A12-2S09型中壓交直交變頻系統(tǒng)是連續(xù)輸出直接轉(zhuǎn)矩控制，適用于3-27兆瓦電機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩控制的中壓變頻器，該系統(tǒng)可快捷方便地設(shè)計(jì)、計(jì)算、組態(tài)礦山提升機(jī)電控系統(tǒng)。

該系統(tǒng)供電電壓3160 V，輸出功率14000 kVA，電機(jī)軸帶法蘭與滾筒通過(guò)螺栓連接，采用12脈的傳動(dòng)系統(tǒng)控制。主要由以下幾部分組成：

有源整流器單元（ARU）、逆變單元（INU）、電容器組單元（CBU）、水冷單元（WCU）、控制單元（COU）、勵(lì)磁單元（EXU）。

該系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)提升運(yùn)行方式、安全狀況及設(shè)備的監(jiān)視進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)提升機(jī)檢修及過(guò)卷等恢復(fù)運(yùn)行方式；針對(duì)過(guò)速、過(guò)卷保護(hù)在井筒內(nèi)安裝減速和過(guò)卷硬件保護(hù)裝置，作為軟件的后備保護(hù)。具有以下特點(diǎn)。

（1）高安全性、低故障率、齊全的安全保護(hù)功能。（2）對(duì)位置、速度、轉(zhuǎn)矩高質(zhì)量精確控制，平滑無(wú)沖擊運(yùn)行。（3）專家故障診斷系統(tǒng)、快速糾錯(cuò)系統(tǒng)。（4）高效率、低維護(hù)，使設(shè)備運(yùn)行成本較低。

2 性能比較

2.1 先進(jìn)的交直交傳動(dòng)系統(tǒng)

（1）集成門極換流晶閘管IGCT的應(yīng)用。

ACS 6000系統(tǒng)有源整流器單元（ARU）。內(nèi)裝集成門極換流晶閘管IGCT，用于四象限操作和較差的電網(wǎng)降低諧波。

集成化門極換流晶閘管IGCT是專為中壓變頻器開發(fā)的功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，IGCT集絕緣門雙極性晶體管（IGBT）的高速開關(guān)特性和門極關(guān)斷晶閘管（GTO）的高阻斷電壓和低導(dǎo)通損耗特性于一體。IGCT的導(dǎo)通與關(guān)斷是單獨(dú)控制，中壓變頻器沒(méi)有固定的開關(guān)頻率。消除了傳統(tǒng)PWM技術(shù)引起的噪音。

（2）直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）。

直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）是一種革命性的電機(jī)控制方法，無(wú)需使用脈沖編碼器從電機(jī)軸端反饋的信息，就能精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。允許對(duì)所有的電機(jī)核心變量進(jìn)行直接控制。

在DTC中，定子磁通量及轉(zhuǎn)矩為主要的控制變量。電機(jī)狀態(tài)的計(jì)算在先進(jìn)的電機(jī)軟件模型中通過(guò)高速數(shù)字信號(hào)處理器每秒更新40，000次（即每25微秒更新一次）。

DTC轉(zhuǎn)矩階越響應(yīng)時(shí)間（50 Hz）為1～2 ms，而PWM磁通矢量為10～20 ms，標(biāo)量控制超過(guò)150 ms。保證了高而穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量、最小的原材料損耗以及最小的機(jī)械磨損。

DTC可以實(shí)現(xiàn)：無(wú)超調(diào)的高動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，精確的靜態(tài)速度和轉(zhuǎn)矩控制；平滑的輸出電流波形實(shí)現(xiàn)最小的轉(zhuǎn)矩紋波；低諧波曲線特性又低電機(jī)噪音。

（3）與傳統(tǒng)交交變頻傳動(dòng)比較具有的優(yōu)勢(shì)。

①傳統(tǒng)的交交變頻，變壓器副邊繞組結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，總?cè)萘看螅芎母?；而中壓交直交變頻結(jié)構(gòu)精巧，總?cè)萘啃。芎牡?。②交交變頻系統(tǒng)對(duì)母線電壓沖擊超過(guò)5%；而中壓交直交變頻小于1%。交交變頻系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)造成的電壓降是交直交變頻系統(tǒng)的6～10倍。③交交變頻系統(tǒng)的功率因素很低，從電網(wǎng)所需的視在功率遠(yuǎn)大于交直交變頻系統(tǒng)，而中壓交直交變頻系統(tǒng)功率因素為1。④IGCT集成門極換流型晶閘管的應(yīng)用使系統(tǒng)具有快速開關(guān)特性及較高的可靠性。⑤DTC直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)使系統(tǒng)具有快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)和高精度的控制。⑥尤其是對(duì)于臨時(shí)電網(wǎng)（臨時(shí)電網(wǎng)的容量普遍較小）時(shí)，ACS6000交直交傳動(dòng)顯示出了更大的優(yōu)越性。

2.2 過(guò)程控制系統(tǒng)采用基于工業(yè)IT技術(shù)的AC800M PLC控制器

提升機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)由以下部分組成：AC800M PLC系統(tǒng)；S800 I/O系統(tǒng)；繼電器柜；低壓配電柜、行程監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)。

AC800M控制器是控制系統(tǒng)的核心，是功能強(qiáng)大的控制器，可以掛接數(shù)千個(gè)I/O點(diǎn)，從CPU、通信模塊到I/O模塊的全面冗余功能；實(shí)現(xiàn)與操作員、工程師及管理人員之間通訊；支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)：Profibus-DP、FF、Modbus等。

它高度的模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)可以進(jìn)行靈活的配置。系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的OPC Server實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口、支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的5種編程語(yǔ)言、面向目標(biāo)的編程方式、友好的編程組態(tài)工具、面向目標(biāo)的項(xiàng)目管理功能及模塊化的DIN導(dǎo)軌式安裝，均顯示出它的優(yōu)越性。

2.3 細(xì)致的提升機(jī)行程監(jiān)控系統(tǒng)

提升機(jī)行程監(jiān)控系統(tǒng)由AC80 PLC系統(tǒng)、S800 I/O系統(tǒng)、繼電器柜、低壓配電柜等部分組成。對(duì)提升機(jī)提升容器在井筒中的位置、距井口的距離、速度、加速度進(jìn)行全程監(jiān)視，并有效進(jìn)行過(guò)卷和過(guò)速保護(hù)。

2.4 實(shí)現(xiàn)全載半速功能

在兩個(gè)整流單元、兩個(gè)逆變單元、兩個(gè)整流變壓器、兩個(gè)中壓開關(guān)都正常的情況下，可以使用正常的全載全速功能。當(dāng)提升機(jī)電控系統(tǒng)在兩個(gè)整流單元、逆變單元或主變壓器中的任意一個(gè)不工作的情況下，把電機(jī)的兩個(gè)原來(lái)分別由兩個(gè)逆變單元所帶的定子繞組改為以串聯(lián)的方式連接起來(lái)，由逆變單元驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全載半速運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

由此可見(jiàn)，ACS6000中壓交直交變頻系統(tǒng)具有功率大、運(yùn)行元件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、響應(yīng)速度快、功率因數(shù)為1、諧波小噪聲低、對(duì)電網(wǎng)沖擊小、能耗低等特點(diǎn)，且其控制、保護(hù)、操作、維護(hù)功能齊全，動(dòng)態(tài)、靜態(tài)控制性能優(yōu)越，故障自診斷系統(tǒng)完善，查找故障簡(jiǎn)單方便，多重保護(hù)系統(tǒng)保證提升機(jī)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。在確保提升機(jī)高效運(yùn)行的同時(shí)，降低了操作維護(hù)人員的工作量，有很大的應(yīng)用前景。