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

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。