時間:2016-08-30 14:17:03來源:秦增彬
摘要:隨著煤礦企業(yè)不斷的集中化、規(guī)?;髽I(yè)對產(chǎn)量的要求也逐漸引起重視。提升產(chǎn)量需要保證整個提升系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中必須安全、可靠、高效率的運行。本文主要介紹大功率水冷型高壓同步速度矢量變頻器雙機(jī)聯(lián)動直驅(qū)在主井提升機(jī)上的應(yīng)用。
1引言
在煤礦生產(chǎn)中,礦井提升機(jī)起著非常重要的作用,它是礦山生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。目前在礦井提升系統(tǒng)中采用高壓變頻器進(jìn)行傳動已成為主流,高壓變頻器在應(yīng)用中帶來的系統(tǒng)安全,設(shè)備穩(wěn)定性的應(yīng)用問題更加引起重視。高壓變頻器在實際應(yīng)用中,除了要解決好變頻器的系統(tǒng)穩(wěn)定性,還要解決好變頻器本體的散熱問題,這是保障變頻器安全運行的重要部分。
目前國內(nèi)高壓變頻器還是以風(fēng)冷為主要散熱方式。隨著變頻器功率的增大,風(fēng)冷散熱方式已經(jīng)滿足不了變頻器自身散熱的需求,而解決大功率變頻器散熱的問題,水冷散熱是目前最好的散熱方式。下文主要介紹合康變頻水冷型高壓變頻器雙機(jī)聯(lián)動直驅(qū)在內(nèi)蒙古伊化礦業(yè)有限公司主井運行的情況。
2高壓變頻器簡介
HIVERT-T-VF系列高壓變頻器是合康變頻自主研發(fā)和生產(chǎn)的專業(yè)高性能傳動裝置。
變頻器采用功率單元串聯(lián),疊波升壓,充分利用常壓變頻器的成熟技術(shù),因而具有很高的可靠性。6kV系列每相6個單元,下圖為6kV變頻器系列的主回路示意圖
變頻器矢量控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D
變頻器采用矢量控制技術(shù)。矢量控制技術(shù)具有更好的運行特性,數(shù)字化控制,為系統(tǒng)帶來更好的動態(tài)響應(yīng)、更高的控制精度、更高的可靠性,同時也提升整體效率。
矢量控制原理拓?fù)鋱D
功率單元采用IGBT進(jìn)行同步整流。功率單元具有100%能量回饋能力。
功率單元主電路
功率單元采用水循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行散熱,水循環(huán)系統(tǒng)分為內(nèi)水循環(huán)和外水循環(huán)。水通過管道進(jìn)入水冷板,將IGBT等功率元件的發(fā)熱傳遞給水后,由水帶走,進(jìn)入板式換熱器,板式換熱器通過和外循環(huán)水換熱,熱量由外循環(huán)水帶走,為防止外部環(huán)境溫度引起變頻器內(nèi)部有凝露現(xiàn)象產(chǎn)生,在水冷管道內(nèi)加入加熱裝置。變頻器外部水溫低于25℃時,水冷系統(tǒng)會自動啟動加熱器,同時將散熱外水通過旁路管道直接回流,當(dāng)水溫高于25℃時,自動關(guān)閉加熱器,根據(jù)溫度的大小,自動調(diào)節(jié)外水通過散熱板的流量,讓外循環(huán)水帶走內(nèi)循環(huán)水的熱量。
功率單元水循環(huán)示意圖
3現(xiàn)場應(yīng)用情況
內(nèi)蒙古伊化礦業(yè)資源有限公司坐落于鄂爾多斯市烏審旗圖克鎮(zhèn)呼吉爾特鄉(xiāng)呼吉爾特礦區(qū)東南部。礦井設(shè)計生產(chǎn)能力10.0Mt/a,一期工程開鑿一號主立井,生產(chǎn)能力6.00Mt/a;二期工程生產(chǎn)能力達(dá)到10.00Mt/a,增加二號主立井。礦井最大提升速度13.00m/s,加、減速度a=0.7m/s2,提升重量45t。
該礦井選用交流變頻同步電動機(jī)兩臺,雙機(jī)拖動。每臺電動機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)詳見參數(shù)表
主立井主電動機(jī)參數(shù)表
名 稱 |
單 位 |
參 數(shù) |
額定功率PN |
kW |
3300 |
額定電壓 |
V |
6000 |
額定轉(zhuǎn)速nN |
r/min |
55.2 |
轉(zhuǎn)動慣量 |
kg·m2 |
32500 |
過載能力λ |
|
2 |
針對該礦井設(shè)計數(shù)據(jù),我公司選用兩臺型號為HIVERT-TVF10-06/550水冷型高壓變頻器,該變頻器額定容量為8000KVA,適配3300KW電機(jī)。
現(xiàn)場采用兩臺獨立的變頻器分別驅(qū)動兩臺同步電機(jī),兩臺電機(jī)共同直驅(qū)一個滾筒,相當(dāng)于提升機(jī)功率提高一倍。兩臺變頻器之間光纖通訊,光纖通訊不受外界干擾,通訊速度高,能更好地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩控制,達(dá)到功率平衡。
在系統(tǒng)待機(jī)的情況下,兩臺變頻器可以進(jìn)行主、從控制交替變換,即可以將主變頻器驅(qū)動改為從變頻器驅(qū)動,同時也可以將從機(jī)驅(qū)動改為主機(jī)驅(qū)動。雙電機(jī)聯(lián)動直驅(qū)提升系統(tǒng)的好處在于:當(dāng)一臺變頻器或電機(jī)出現(xiàn)故障時,另一臺變頻器仍可以全載半速運行,為煤礦的不間斷生產(chǎn)提供保障。(如下圖)
提升機(jī)系統(tǒng)圖
變頻器內(nèi)部最大的熱量來源是功率單元部分,功率單元內(nèi)部使用大量的電子元器件,而影響電子元器件使用性方面,散熱是重要一環(huán)。大功率元器件在使用過程中會產(chǎn)生很大熱量,將導(dǎo)致芯片溫度的升高,如果沒有適當(dāng)?shù)纳岽胧?,就可能使芯片溫度超過最高允許溫度值,從而導(dǎo)致器件性能的惡化以致?lián)p壞。所以選擇適當(dāng)?shù)纳岱绞?,并進(jìn)行合理設(shè)計,是使器件的潛力得到充分發(fā)揮。
現(xiàn)場結(jié)構(gòu)建筑為井塔式,井塔結(jié)構(gòu)相對封閉,變頻器設(shè)備放置在八樓九樓變頻器室,空間相對緊湊?,F(xiàn)場為主井,主井主要負(fù)責(zé)提升煤,粉塵污染比較嚴(yán)重。
采用風(fēng)冷卻對變頻器進(jìn)行降溫,對變頻室要求比較高。變頻器室須有進(jìn)風(fēng)口以及出風(fēng)口,變頻器從進(jìn)風(fēng)口吸進(jìn)溫度較低的氣流,經(jīng)過變頻器內(nèi)部,經(jīng)渦流風(fēng)機(jī)排除。在此過程中吸進(jìn)的空氣中會帶有部分粉塵,粉塵進(jìn)入變頻器會對變頻器造成污染甚至造成變頻器故障,在出風(fēng)口處溫度會升高,容易對渦流風(fēng)機(jī)造成傷害。室內(nèi)溫度不能高于40度,否則容易造成變頻器功率單元超溫跳閘。(如下圖)
風(fēng)冷循環(huán)示意圖
水循環(huán)分為內(nèi)水循環(huán)和外水循環(huán)(如下圖)
水循環(huán)系統(tǒng)圖
現(xiàn)場運行圖
內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)功率單元IGBT等器件直接安裝在水冷散熱板上,產(chǎn)生的熱量由內(nèi)循環(huán)水帶走,進(jìn)入板式換熱器,板式換熱器通過和外循環(huán)水換熱,把熱量由外循環(huán)水帶走,冷水進(jìn)入單元水冷板繼續(xù)循環(huán)。
外水循環(huán)系統(tǒng)將內(nèi)水板式換熱器熱量帶走,經(jīng)過外水板式換熱器通過風(fēng)機(jī)冷卻,再將冷水通過調(diào)節(jié)閥送回內(nèi)水循環(huán)系統(tǒng),從而達(dá)到對功率單元進(jìn)行降溫。
冷卻系統(tǒng)雙泵互為備用,防止單泵故障引起系統(tǒng)停機(jī);去離子水離子濃度檢測功能,離子超標(biāo)報警;冷卻系統(tǒng)壓力檢測,超標(biāo)報警;冷卻系統(tǒng)溫度檢測,超標(biāo)報警。
水循環(huán)冷卻系統(tǒng)運行顯示參數(shù)如圖
內(nèi)水循環(huán)
外水循環(huán)
現(xiàn)場兩臺變頻器由一臺控制系統(tǒng)通過PLC進(jìn)行控制,聽從控制系統(tǒng)的指令來完成啟動、停止、加速、減速等工況。(如下圖)
控制系統(tǒng)圖
運行取線圖
由上圖可以看出兩電機(jī)運行電流曲線擬合在一起,在整個運行周期內(nèi),兩電機(jī)電流相等,輸出力矩一致。運行周期曲線中加速段,恒速段,減速段兩電機(jī)電流曲線變化相同,即兩變頻器運行輸出電流相等。提升負(fù)載整個運行周期內(nèi),兩電機(jī)恒磁,兩同步電機(jī)運行電流、電壓、勵磁電流相等,從而保證兩電機(jī)輸出力矩功率平衡。
目前我公司HIVERT-TVF10-06/550水冷型高壓變頻器,在現(xiàn)場已經(jīng)穩(wěn)定運行,公司采用水冷結(jié)構(gòu)設(shè)計,體積小,冷卻效率高,并且采用水冷結(jié)構(gòu)設(shè)計,變頻器維護(hù)簡單、維護(hù)量少、周邊環(huán)境對變頻器影響小,在實際應(yīng)用中所表現(xiàn)出優(yōu)異的性能、高可靠的穩(wěn)定性。
4結(jié)束語
綜上所述,此次大功率水冷高壓變頻器的方案在內(nèi)蒙古伊化礦業(yè)成功運行,滿足了生產(chǎn)工藝的特殊要求,為高壓變頻器在新的應(yīng)用領(lǐng)域又邁進(jìn)了堅實的一步。該項目從設(shè)計、結(jié)構(gòu)、原理、實驗等方面在現(xiàn)場得到充分驗證,在合康變頻未來的發(fā)展中具有重要意義。
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