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        基于SIMADYN—D控制器的交—交變頻技術在礦井提升機上的應用

        2016-12-31 00:00:00岳之軍
        科技創(chuàng)新與應用 2016年27期

        摘 要:在煤礦生產過程中,礦井提升機是十分重要的組成部分,作為一種重要的設備,礦井提升機控制系統(tǒng)的安全性以及可靠性對于礦井的安全生產會產生極為重要的作用。一直以來,交流提升機的電控系統(tǒng)還存在一定的滯后性,文章就礦井提升機電控系統(tǒng)的擴容問題進行分析,明確基于SIMADYN-D控制器、國產功率柜的矢量控制交-交變頻方案,了解SIMADYN-D控制器和國產功率部件之間的接口問題,同時實踐經驗表明,這種方案能夠使交-交變頻系統(tǒng)消耗的成本得以降低,促進提升機容量的提升,減少能耗。

        關鍵詞:SIMADYN-D控制器;交-交變頻技術;礦井提升機

        礦井安全設備中,提升機作為重要的組成部分,其運行的效果將對礦山的整體生產效率產生直接性的影響,也會關系到礦山生產的安全性。以前,我國是將繞線電動機轉子串電阻系統(tǒng)和晶閘管變流直流傳動系統(tǒng)作為礦井提升機的主要控制系統(tǒng),繞線電動機轉子串電阻系統(tǒng)技術性不強,能源的消耗量大,晶閘管變流直流傳動系統(tǒng)雖然有著良好的性能,但是由于受到制作工藝的限制,功率也會受到一定的制約,需要小于3000kW。

        1 SIMADYN-D控制器的交-交變頻系統(tǒng)分析

        在長期的分析研究和實踐論證的指導下,文章方案中的變頻系統(tǒng)將國產化的技術作為其功率的主要部分,形成了以西門子SIMADYN-D控制器、國產功率柜為主要內容的矢量控制交-交變頻系統(tǒng)。

        1.1 交-交變頻器的主回路

        單相輸出的交-交變頻器的主回路是可逆性的,是一種三相橋式無環(huán)流反并聯(lián)的裝整流裝置。但是如果遇到幅值以及交流信號頻率可以變化的控制信號時,整流輸出電壓就可以變成幅值和頻率能夠發(fā)生變化的交流電壓,使變頻功能順利實現(xiàn)。通過電源交流電壓的換相,實現(xiàn)晶閘管的關閉與斷開。這種變頻器沒有直流環(huán)節(jié),因此被稱為交-交直接變頻器。

        三相輸出的交-交變頻器,其組成部分主要是三套單相輸出交-交變頻器,并且在輸出電壓上,彼此會相差120°。[1]主回路的接線方法有兩種,第一種是公共母線的方法,第二種是輸出Y聯(lián)結方式。

        1.2 矢量控制交-交變頻系統(tǒng)的構成系統(tǒng)

        礦井提升機中的矢量控制交-交變頻系統(tǒng)的構成部分主要分為以下內容,SIMADYN-D控制器、高壓開關出線柜、定子變壓器、定子功率柜、隔離切換開關、勵磁變壓器、勵磁功率柜、同步電動機等,如圖1所示。QF1、QF2、QF3是高壓開關出線柜,電源輸出為10kV,定子變壓器主要是T1、T2、T3、T4、T5、T6,其中T1、T2、T3的聯(lián)接組別是Dd0、10kV/950V,T4、T5、T6的聯(lián)接組別是Dy5、10kV/950V。勵磁變壓器是T7。G1、G2、G3、G4、G5、G6是定子功率柜,勵磁功率柜是G7。Q1、Q2、Q3、Q4是隔離切換開關。雙繞組同步電動機是M。[2]

        1.3 SIMADYN-D控制器和國產功率柜的接口分析

        將國產功率柜與進口的控制器將結合,形成控制系統(tǒng),實現(xiàn)控制系統(tǒng)的構成最為主要的問題就是二者之間的接口問題,系統(tǒng)有5個接口,分別是:進線電流檢測接口、直流電壓檢測接口、零電流信號檢測接口、接地保護接口和無功補償接口。

        進線電流檢測接口是對功率柜的進線電流進線檢測,檢測的工具是電流互感器,進線電流檢測接口參與SIMADYN-D的電流閉環(huán)以及矢量控制。

        直流電壓檢測接口是將萊姆塊作為功率柜出線電壓的檢測手段,對SIMADYN-D進行矢量控制,使得電壓能夠正常的輸出。

        零電流信號檢測接口能夠使晶閘管的換流得到保證,提高其可靠性,對晶閘管兩端電壓進行檢測,并與脈沖信號相結合,從而了解其中是否存在電流,具有較高的精度,電路的復雜性比較強。

        接地保護接口是主回路必須要有的功能,通過對地電阻進行檢測,實現(xiàn)其作用。

        無功補償接口,電網(wǎng)無功會受到于交-交變頻系統(tǒng)的影響和沖擊,通常情況下,如果交-交變頻系統(tǒng)的功率比較大,就需要單獨設置一套措施,從而是電網(wǎng)的整體質量得到提升。

        2 礦井提升機中應用交-交變頻系統(tǒng)

        在2008年,西門子SIMADYN-D控制器、結合國產功率柜的矢量控制交-交變頻應用方案就開始在礦井提升機上得到了一定的應用,礦井提升機的主要系統(tǒng)以及參數(shù)內容如下。

        (1)礦井提升機的主要參數(shù)

        礦井提升機是JKM-4×4塔式多繩摩擦式提升機,[3]利用箕斗進行提升,其高度能夠達到530米以上,最大的提升速度在10.5m/s,最大加減速度是±0.75m/s2。

        (2)電動機的主要參數(shù)

        電動機的主要型號是TBP2800-20交-交變頻同步電動機,其額定功率為2800kW,電壓為1500V,電流是1152A,額定的轉動速度是50r/min,勵磁電壓的最大過載需要小于400V,兩個定子繞組之間的相位為差30°左右。

        (3)礦井提升機的傳動系統(tǒng)

        將西門子SIMADYN-D控制器與國產分體式功率裝置相結合,其變流器實三相無環(huán)流的,具有可逆性的晶閘管。

        (4)操作系統(tǒng)

        將西門子S7雙PLC雙線制作為主要控制,并且搭配網(wǎng)絡化的操作控制平臺,促進礦井提升機控制系統(tǒng)功能的順利實現(xiàn)。

        (5)裝卸載系統(tǒng)

        這種系統(tǒng)將Profibus作為總線結構,結合操作、傳動系統(tǒng),能夠減少井筒布線量,使得安裝維護工作量得以減少,保證通信的安全,能夠避免井筒中電纜接觸問題出現(xiàn)故障。

        有實踐表明,這種方案對于礦井提升機工作效率的提升是極為有利的,能夠減少能源的消耗,促進提升機技術水平的提升和進步。

        3 結束語

        這種西門子SIMADYN-D控制器與國產功率柜的矢量控制交-交變頻相結合的方案,能夠使交-交變頻系統(tǒng)的成本消耗減少,在運行過程中能夠更加安全、可靠,強化其控制水平,能夠得到國家的技術支持,應用前景也比較好。

        參考文獻

        [1]周雨松,孫曉娟.基于SIMADYN-D控制器的交-交變頻技術在礦井提升機上的應用[J].工礦自動化,2010,04:87-89.

        [2]鄭文杰,葉志強.變頻調速技術在礦井提升機上的應用研究[J].技術與市場,2015,07:160,162.

        [3]高樹倉.變頻調速技術在礦井提升機上的研究與應用[J].煤炭與化工,2014,07:45-47.

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