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IGCT變頻器在礦井提升機(jī)和皮帶機(jī)調(diào)速系統(tǒng)上的應(yīng)用

時間:2017-07-28 17:09:20來源:宜賓市電子科技有限公司 李定川

導(dǎo)語:?著重介紹了IGCT大功率三電平變頻器在煤礦主井提升調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用,分析了提升機(jī)電控系統(tǒng)中運(yùn)用IGCT三電平逆變器的工作原理。

1引言

近幾年來,隨著一種新型電力電子器件——集成門極換向晶閘管IGCT的成功應(yīng)用,由于其高電壓和大電流、較小的開關(guān)損耗、較快的開關(guān)速度等優(yōu)點(diǎn),被瑞士ABB公司應(yīng)用于大功率交一直一交變頻調(diào)速系統(tǒng)ACS6000SD中。IGCT的主要技術(shù)指標(biāo)為:瞬時開關(guān)頻率20kHz,開關(guān)關(guān)斷時問為1μs,di/dt為4kA/μs,dr/dt為10~20kV/μs,交流阻斷電壓6kV,直流阻斷電壓3.9kV。

2IGCT逆變器工作原理

2.1IGCT結(jié)構(gòu)

IGCT結(jié)構(gòu)如圖1所示,圖1左側(cè)是GCT(門極換流晶閘管),右側(cè)是反并聯(lián)的二極管。IGCT是在GTO的基礎(chǔ)上研制出來的改良器件,是由GCT和硬門極驅(qū)動電路集成而來的。GCT與GTO有著類似的3端4層結(jié)構(gòu),與GTO有重要差別的是GCT芯片利用緩沖層技術(shù),采用透明陽極發(fā)射技術(shù)的IGCT陽極很薄,且為弱摻雜,硅片厚度更薄,可大大降低導(dǎo)通和開關(guān)損耗。GCT內(nèi)部由上百甚至上千只小GCT元件組成,它們的陽極公用,而陰極、門極則分別并聯(lián)在一起,其目的就是利用門極實(shí)現(xiàn)器件關(guān)斷。

圖1IGCT結(jié)構(gòu)圖

ACSC6000SD系統(tǒng)的IGCT驅(qū)動電路觸發(fā)功率小,把觸發(fā)及狀態(tài)監(jiān)視電路和IGCT管芯做成一個整體,通過兩根光纖輸入觸發(fā)信號,輸出工作狀態(tài)信號。IGCT與門極驅(qū)動器相距很近(間距15cm),使IGCT結(jié)構(gòu)更加緊湊和堅(jiān)固,并可使門極電路的電感進(jìn)一步減小,降低了門極驅(qū)動電的成本和效率。門極驅(qū)動電路需要20~24V的直流電源。驅(qū)動板設(shè)有單獨(dú)的開通電路和關(guān)斷電路。邏輯監(jiān)控電路對IGCT的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,假如功率開關(guān)器件損壞,通過驅(qū)動板上的發(fā)光二極管顯示,若驅(qū)動電源有故障,也通過不同的發(fā)光二極管顯示。若電路正常,通過光纖給出高電平,IGCT導(dǎo)通,給出低電平,IGCT關(guān)斷。

IGCT利用門極脈沖開通,導(dǎo)通機(jī)理及結(jié)構(gòu)與GTO完全一樣,但關(guān)斷機(jī)理與GTO完全不同。當(dāng)GCT工作在導(dǎo)通狀態(tài)時,是一個像晶閘管一樣的正反饋開關(guān),其特點(diǎn)是攜帶電流能力強(qiáng)和通態(tài)壓降低。在關(guān)斷時,GCT能瞬間從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)到阻斷狀態(tài),陽極電壓一旦建立GCT門一陰極PN結(jié)提前進(jìn)入反向偏置,電子便能通過發(fā)射極排出,部分電子在金屬電極界面處復(fù)合,而不注人空穴,此時無需采用陽極短路就可限制PNP晶體管的發(fā)射效率和增益,拖尾電流雖然大但時間短(表1為GTO和IGCT的性能比較),從而大大提高了門極觸發(fā)靈敏度,縮短了關(guān)斷時間,提高了關(guān)斷速度,兼顧了晶體管穩(wěn)定關(guān)斷能力和晶閘管的低通態(tài)損耗的優(yōu)點(diǎn),降低了關(guān)斷損耗,并有效地退出工作,整個器件呈晶體管方式工作。

表1GTO和IGCT性能比較

2.2IGCT逆變器

IGCT逆變器的拓樸結(jié)構(gòu)為三相三電平,共包括12個帶組合二極管的IGCT模塊,每相由4只IGCT,8只二極管組成,其中鉗位二極管2只,中點(diǎn)二極管2只,反饋二極管4只。由這些器件組成一個三電平逆變器如圖2所示。

圖2三電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

以A相為例,定義電流由逆變器流向電機(jī)方向?yàn)檎较颉=oVT1m、VT1A導(dǎo)通觸發(fā)脈沖時,假如電流為正方向,則P點(diǎn)電流流過主管VT1m、VT1A,輸出端電位等同于P點(diǎn)電位;若電流為反方向,流過續(xù)流二極管VD1m,VD1A,電流注入P點(diǎn),輸出端電位仍等同于P點(diǎn)電位。給VT1A、VT4A一導(dǎo)通觸發(fā)脈沖時,假如電流為正方向,則O'點(diǎn)電流流過二極管VD1、主管VT1A,輸出端電位等同于O'點(diǎn)電位;若電流為反方向,電流流過主管VT4A、二極管VD4,注入O'點(diǎn),輸出端電位仍等同于O'點(diǎn)電位。給VT4A、VT4M導(dǎo)通觸發(fā)脈沖時,假如電流為正方向,則N點(diǎn)電流流過續(xù)流二極管VD4A、VD4m,輸出端電位等同于N點(diǎn)電位;若電流為反方向,電流流過主管VT4A、VT4m,注入N點(diǎn),輸出端電位仍等同于N點(diǎn)電位。

由此可見,每相橋臂的4個IGCT有3種不同的通斷組合,對應(yīng)3種不同的輸出電位。設(shè)VT1m與VT1A。導(dǎo)通為模式1接通P,輸出電壓+Ud/2;VT1A與VT4A接導(dǎo)通模式2接通O',輸出電壓為0;VT4A與VT4m導(dǎo)通為模式3接通N,輸出電壓為-Ud/2。

3提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)

新型礦井提升機(jī)變頻調(diào)速多采用ABB公司的ACS6000SD交-直-交變頻器,帶4000kW同步電動機(jī)的驅(qū)動方案。ACS6000SD驅(qū)動控制系統(tǒng)包含有兩個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完全相同的三電平IGCT變流器,一個作為PWM整流器(ARU),另一個作為PWM逆變器(INU),其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3ACS6000SD電路結(jié)構(gòu)圖

鑒于礦井提升機(jī)的運(yùn)行工藝,提升機(jī)屬往復(fù)運(yùn)動的生產(chǎn)機(jī)械,頻繁加、減速,另外礦井提升機(jī)電動機(jī)容量達(dá)4000kW,因此系統(tǒng)要求開關(guān)器件路元件數(shù)、熱耗散,從而明顯降低了門極驅(qū)動電路的工作電壓高、工作電流大及通態(tài)損耗低。ACS6000SD系統(tǒng)的IGCT單管交流阻斷電壓達(dá)6000V,瞬時電流達(dá)4kA,開關(guān)關(guān)斷時問1s。ACS6000SD是基于直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)新型交-直-交電壓型中壓變頻器,功率范圍從3~27MW。整流單元ARU和逆變單元INU的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是完全相同的,不同之處是ARU單元比INU單元多了2塊ASE抗磁飽和電路。

ACS6000SD系統(tǒng)通過交-直-交變頻器對礦井提升同步電動機(jī)進(jìn)行控制,IGCT在電路中作為變頻器的主開關(guān)器件。變頻器主電路由進(jìn)線側(cè)三電平整流器、中問直流電路、電機(jī)側(cè)三電平逆變器構(gòu)成。該電路具有以下特點(diǎn):(1)可以實(shí)現(xiàn)輸入功率因數(shù)為1;(2)在額定負(fù)載下的效率大于97%;(3)可控制同步電動機(jī)功率因數(shù)為1;(4)逆變器采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù),靜態(tài)速度誤差0.01%,動態(tài)速度誤差0.2%~0.5%。

整流單元ARU將變壓器的二次側(cè)交流電壓整流為直流電壓,整流輸出電壓為直流4800V。在直流母線處有儲能電容單元CBU,CBU中的大電容用來存儲能量,用于保證直流回路的電壓恒定。根據(jù)電動機(jī)的運(yùn)行模式(電動或制動),ARU分別從電網(wǎng)獲取能量或向電網(wǎng)注入能量來實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動。

功率因數(shù)控制:ARU整流器采用矢量控制策略,通過選擇適當(dāng)ARU脈沖觸發(fā)模式,使變壓器電流與線電壓具有相同的相位,從而使系統(tǒng)的功率因數(shù)為1。變壓器是感性負(fù)載,要使功率因數(shù)為1,就要對其進(jìn)行補(bǔ)償,使其總體呈阻性負(fù)載,因此ACS6000SD系統(tǒng)在直流側(cè)增加了CBU電容柜,以容性負(fù)載的超前特性來抵消感性負(fù)載的滯后,這就要求能量能經(jīng)過ARU進(jìn)行流動,而ACS6000SD系統(tǒng)也具備了讓ARU反向逆變的功能,使ARU實(shí)現(xiàn)反向逆變功能是由ARU的控制板AMC3來控制的。

三電平逆變單元將ARU整流輸出的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電壓以驅(qū)動電機(jī)。逆變單元允許4象限運(yùn)行。INU單元的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與ARU整流單元相同,INU逆變器采用的控制策略為基于三電平的直接轉(zhuǎn)矩控制。INU和ARU一樣,其直流側(cè)連接到直流回路的電容上,因此對整個系統(tǒng)是對稱的。由于IGCT關(guān)斷時正向電流必須迅速歸零,di/dt過大,因此利用鉗位電路來吸收IGCT關(guān)斷時的能量。

CBU單元的作用是過濾和平滑直流母線上的直流電壓,儲存逆變器反饋回來的直流電能。CBU單元的主要組成部分如下:

(1)充電回路由一個輔助升壓變壓器(輸入660V,輸出為3900V/0.9A)和一個二極管整流電路組成。作用是在ARU開始工作之前對直流回路進(jìn)行充電,使直流回路中的直流電壓穩(wěn)定在DC4200V左右,整個充電過程需要時間大約為40s。如不對直流回路進(jìn)行預(yù)充電,ARU開始工作時會產(chǎn)生一個很大的浪涌電流,對CBU內(nèi)的電容產(chǎn)生沖擊破壞,同時對ARU單元內(nèi)的IGCT器件構(gòu)成威脅。

(2)電容組是CBU的主要部分,它直接連接在直流側(cè)的正極(DC+)與中性點(diǎn)(NP)、中性點(diǎn)與負(fù)極(DC-)之間。ACS6000SD系統(tǒng)的直流側(cè)電容的數(shù)量取決于系統(tǒng)容量的要求,例如配置6個電容可以達(dá)到9MV·A的系統(tǒng)容量,每個電容的容量為1.6mF(2700V/260A)。

4皮帶機(jī)運(yùn)行原理概述

強(qiáng)力皮帶機(jī)是礦山運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備,其多電機(jī)拖動功率平衡分配是主要問題,本文主要介紹了合康HIVERT系列通用變頻器在礦山強(qiáng)力皮帶機(jī)上的應(yīng)用。

帶式輸送機(jī)是利用傳動滾筒和輸送帶之間的摩擦力,驅(qū)動輸送帶運(yùn)行的連續(xù)的運(yùn)輸設(shè)備。輸送帶既是牽引構(gòu)件又是承載構(gòu)件。

國內(nèi)現(xiàn)有大多數(shù)煤礦的皮帶輸送機(jī)一般都采用工頻拖動,較少使用變頻器驅(qū)動。由于電機(jī)長期工頻運(yùn)行加之液力耦合器效率等問題,造成皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行起來非常不經(jīng)濟(jì);同時由于電機(jī)無法采用軟起軟停,在機(jī)械上產(chǎn)生劇烈沖擊,加速機(jī)械的磨損;還有皮帶、液力耦合器的磨損和維護(hù)等問題都會給企業(yè)帶來很大數(shù)額的費(fèi)用問題。這對于現(xiàn)在創(chuàng)建節(jié)能型社會是不相符合的,對煤礦企業(yè)的皮帶輸送機(jī)進(jìn)行變頻改造對節(jié)約社會能源、增加煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益都具有非常現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義和社會意義。隨著高壓變頻技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善,其應(yīng)用范圍越來越廣泛。本文主要結(jié)合北京合康變頻器的HIVERT系列通用高壓變頻器在某礦山煤礦皮帶機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用情況,對高壓變頻器在皮帶傳動場合的應(yīng)用特點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行簡要介紹。

5應(yīng)用現(xiàn)場的基本情況

某煤礦隸屬于四川礦業(yè)集團(tuán)有限公司,如圖4所示;煤礦礦井結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。強(qiáng)力皮帶機(jī)數(shù)據(jù),如表2所示;兩臺拖動電機(jī)數(shù)據(jù)一致,如表3所示。

圖4煤礦外景

圖5煤礦礦井強(qiáng)力皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)圖

表2強(qiáng)力皮帶機(jī)的數(shù)據(jù)

表3雙臺拖動電機(jī)數(shù)據(jù)

6礦山皮帶機(jī)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)場圖

(1)拖動電機(jī)1和電機(jī)2,如圖6所示。

圖6電機(jī)M1和M2現(xiàn)場圖

(2)拖動滾筒和逆止器,如圖7所示。

圖7滾筒和逆止器現(xiàn)場圖

(3)盤形制動器,如圖8所示。

圖8盤形制動器現(xiàn)場圖

(4)運(yùn)輸強(qiáng)力皮帶,如圖9所示。

圖9強(qiáng)力皮帶現(xiàn)場圖

7煤礦皮帶機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

皮帶機(jī)多機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心問題是皮帶系統(tǒng)中各電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩平衡問題。在實(shí)際應(yīng)用中,根據(jù)現(xiàn)場工藝不同,可以選擇不同的變頻控制方案。

(1)“一拖二”方案

此方案是采用一臺變頻器同時拖動兩臺電機(jī)運(yùn)行,將各個電機(jī)定子繞組直接并聯(lián)在一臺變頻器輸出測。

“一拖二”方案中,變頻器無法對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行獨(dú)立的控制,因此各電機(jī)的出力由電機(jī)的參數(shù)和皮帶參數(shù)決定;其中,影響電機(jī)功率平衡的主要因素是電機(jī)的參數(shù)差異和拖動滾筒及皮帶的包絡(luò)角差異;正常情況下,包絡(luò)角的大小只存在設(shè)計(jì)上及加工上的差異,但是當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行后,由于提升的貨物是潮濕的,皮帶在卸貨物后,上面仍殘留一些煤渣,這時候轉(zhuǎn)到拖到滾筒上,就會使拖動滾筒直徑變大;誤差越大,系統(tǒng)中電機(jī)的功率差異就會越大。

采用“一拖二”方案有以下三個弊端:一是變頻器不能有效的分配兩臺電機(jī)的功率;二是需要用戶經(jīng)常清理拖動滾筒的煤渣及雜物;三是變頻器不能有效的保護(hù)每一臺電機(jī)。

(2)“雙機(jī)聯(lián)動”方案

此方案采用兩臺變頻器分別拖動兩臺電機(jī),將各個電機(jī)定子繞組直接分別接在兩臺變頻器輸出測。

雙機(jī)聯(lián)動同步運(yùn)行變頻系統(tǒng)是由完全獨(dú)立的兩臺變頻器通過主、從機(jī)的同步通訊方式保證雙電機(jī)的轉(zhuǎn)速、以及功率平衡的。兩臺電機(jī)中任意一臺都可作為主機(jī),另一臺為從機(jī)。

雙機(jī)拖動方案中,變頻器對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩都能獨(dú)立控制,主從變頻器通訊采用光纖通訊,抗干擾能力強(qiáng),通訊速率快,用戶可不必清理拖動滾筒的煤渣及雜物,變頻器主從之間可以自動來調(diào)整變頻器輸出轉(zhuǎn)速及功率一致。

8HIVERT系列通用高壓變頻器現(xiàn)場應(yīng)用情況

(1)變頻器的選擇

綜合現(xiàn)場工藝要求,由于現(xiàn)場強(qiáng)力皮帶機(jī)無負(fù)力,故采用雙臺合康HIVERT系列通用高壓變頻器。變頻器數(shù)據(jù),如表4所示。

表4變頻器數(shù)據(jù)

變頻器功率額定電壓額定電流輸出頻率

(2)合康變頻器雙機(jī)聯(lián)動控制技術(shù)

雙機(jī)聯(lián)動(主從控制)同步運(yùn)行變頻系統(tǒng)是由完全獨(dú)立的兩臺或者多臺變頻器通過主、從機(jī)的同步通訊方式保證雙電機(jī)的轉(zhuǎn)速、以及功率平衡的。兩臺電機(jī)中任意一臺都可作為主機(jī),另一臺為從機(jī),主從機(jī)之間的同步控制是由我公司自行研發(fā)生產(chǎn)的“內(nèi)嵌式同步控制器”實(shí)現(xiàn)的。同步控制的傳輸介質(zhì)為光纖通訊;此種雙機(jī)通訊方式無需增加額外的繁雜的同步設(shè)備,且已經(jīng)在變頻器內(nèi)置完成,只需要簡單的安裝操作及設(shè)置就可實(shí)現(xiàn)雙(多)機(jī)同步運(yùn)行。

主、從電機(jī)在運(yùn)行過程中,系統(tǒng)會出現(xiàn)由工況引起的功率不對稱分配,某臺電機(jī)出力嚴(yán)重超過電動機(jī)的額定功率,而另一臺電機(jī)則會過度輕載運(yùn)行。主、從電機(jī)非同步運(yùn)行很容易造成運(yùn)行設(shè)備的損壞。且長期運(yùn)行后,超載運(yùn)行的電機(jī)也會出現(xiàn)過熱、過載保護(hù)、過流現(xiàn)象或停機(jī)等事故發(fā)生。為避免功率分配的不對稱出現(xiàn),HIVERT高壓變頻器通過內(nèi)置的高速同步通訊,可將非同步狀態(tài)下輸出功率較大電機(jī)的超載功率部分及時平衡到輕載電機(jī)上,實(shí)時保持前后主、從電機(jī)功率均衡對稱分配,動態(tài)自動調(diào)整,由此實(shí)現(xiàn)主、從變頻器的同步運(yùn)轉(zhuǎn),達(dá)到雙電動機(jī)同步運(yùn)行的目的。

(3)現(xiàn)場變頻器系統(tǒng)框圖,如圖10所示。

圖10現(xiàn)場變頻器框架圖

(4)現(xiàn)場功率平衡的解決方案

變頻器多機(jī)運(yùn)行過程中,電機(jī)的功率平衡成為運(yùn)行中的控制重點(diǎn)。

HIVERT系列通用高壓變頻器采用光纖通訊,通訊速率達(dá)500kbps,足以應(yīng)付現(xiàn)場的通訊需求,并加入CRC校驗(yàn),保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

HIVERT系列通用高壓變頻器,當(dāng)主機(jī)接收到正常啟動信號后,主機(jī)啟動變頻器,同時將運(yùn)行信號,運(yùn)行頻率及轉(zhuǎn)矩電流發(fā)送給從機(jī),從機(jī)按照主機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)正常啟動、運(yùn)行、輸出轉(zhuǎn)矩的控制,從機(jī)本身具備轉(zhuǎn)矩電流的調(diào)節(jié),同時將自身的轉(zhuǎn)矩電流與主機(jī)發(fā)送過來的轉(zhuǎn)矩電流做比較,從機(jī)會自動調(diào)整自身的運(yùn)行頻率,從而達(dá)到兩臺變頻器的功率平衡。主機(jī)的運(yùn)行界面如圖11所示;從機(jī)的運(yùn)行界面如圖12所示。

(a)有故障時的開機(jī)界面

(a)正常工作時的開機(jī)界面

圖11主機(jī)運(yùn)行界面

圖12從機(jī)運(yùn)行界面

斜井強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)是煤礦輸送的重要工具,在煤炭生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位。作為高壓變頻系統(tǒng)在輸送機(jī)的動力系統(tǒng),如何使兩臺電機(jī)帶動的皮帶機(jī)協(xié)調(diào)安全運(yùn)行是重中之重。新疆建設(shè)兵團(tuán)塔什店煤礦強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)高壓變頻電控系統(tǒng)中(見圖13的主回路),由兩臺高壓變頻器帶動皮帶提升機(jī)。以下是在調(diào)試時,雙機(jī)聯(lián)動運(yùn)行所遇到問題及解決方案。

啟動運(yùn)行時,雖然電控系統(tǒng)給定的兩臺變頻器的速度一致,但在實(shí)際運(yùn)行過程中,總是存在兩臺電機(jī)運(yùn)行的速度不一致,使其中一臺機(jī)械速度高的電機(jī)因過負(fù)荷而變頻器過電流跳閘,負(fù)荷過輕(因運(yùn)行速度低)的一臺變頻器過電壓而跳閘保護(hù)。圖13為電氣一次圖及皮帶提升機(jī)械簡圖。

(a)電氣原理圖(b)斜井皮帶提升原理圖

圖13煤礦強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)高壓變頻電控系統(tǒng)

塔什店煤礦強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)電氣及機(jī)械參數(shù)如下:

膠帶機(jī)運(yùn)輸機(jī)

滾筒直徑:2m

輸送傾角:20°30″

最大長度:1310m

帶速:2.5m/s

主電機(jī)型號:YB450-4

總功率:2X400kW

額定電壓/電流:10000V/28.6A

額定轉(zhuǎn)速:1485r/min

減速機(jī)型號:ZSY(a)560(t)-45-Ⅱ

速比:62

高壓真空開關(guān)柜

型號:KGS1-02DS

皮帶主控臺

型號:JPDK-ZN-ZKP

高壓變頻器

型號:HIVERT-Y10/036

額定電壓/電流:10000V/36A

輸出頻率:0-50Hz

現(xiàn)場雙機(jī)拖動皮帶的示意圖如圖14所示。

圖14雙機(jī)拖動皮帶的現(xiàn)場示意圖

9變頻器產(chǎn)生過電壓的原因

(1)主要是來自負(fù)載側(cè)的過電壓

當(dāng)兩臺電機(jī)拖動皮帶機(jī)并行運(yùn)行時,如果其中一臺電機(jī)運(yùn)行的速度超前于另一臺電機(jī)的速度,會使第二臺電動機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)。即電機(jī)處于機(jī)械轉(zhuǎn)速比變頻輸出頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高的狀態(tài)時,負(fù)載的傳動系統(tǒng)中所儲存的機(jī)械能經(jīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)換成電能,通過2個逆變器的續(xù)流二極管回饋到變頻器功率單元的中間直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態(tài),同時高壓變頻器串聯(lián)疊波方式的特點(diǎn),電壓升高會集中在中性點(diǎn)上,單元A1、B1、C1的直流母排上;如果變頻器中直流均壓電阻不足以抵消這些能量,這些能量將會導(dǎo)致中性點(diǎn)上的直流回路的電壓上升,達(dá)到限值即會保護(hù)跳閘。

過電壓保護(hù)是變頻器直流母排上直流電壓達(dá)到危險(xiǎn)程度后采取的保護(hù)措施,變頻器過電壓的危害,對直流回路濾波電容器壽命有直接影響,嚴(yán)重時會引起電容器爆裂。因而在高壓變頻器中一般將功率單元的直流回路過電壓值(L+,L-)限定在AC1150V左右,一旦其電壓超過限定值,變頻器將按限定要求跳閘保護(hù)。

(2)來自進(jìn)線電源輸入側(cè)的過電壓

正常電網(wǎng)輸入的電源電壓為10kV,允許誤差為-5%~+10%,輸入主隔離變壓器后,付繞組每個繞組電壓為640V,三相橋式全波整流后直流的峰值為820V,個別情況下電源線電壓達(dá)到705V,其峰值電壓也只有996V,并不算很高,一般進(jìn)線電源電壓(+15%)不會使變頻器因過電壓跳閘。電源輸入側(cè)的過電壓主要是指電源側(cè)的沖擊過電壓,和雷電引起的操作過電壓等,主要特點(diǎn)是電壓變化率dV/dt和幅值都很大。

10變頻器過電壓故障分析及處理對策

當(dāng)變頻器啟動頻率加速時間設(shè)定不合適,在啟動的瞬間,兩臺變頻器不是運(yùn)行在相同頻率(變頻器在加速過程中,皮帶機(jī)上兩個電機(jī)拖動同一個負(fù)載,由于沒有負(fù)荷分配,如其中一臺出現(xiàn)啟動瞬時電流非常大,輸出電流達(dá)到變頻器限電流超過了設(shè)定的上限值,此時變頻器的輸出頻率將不再上升,暫緩加速,待輸出電流下降到設(shè)定限流值以下后再繼續(xù)加速。),以至于其中的一臺變頻器的運(yùn)行頻率高于另一臺頻率,在較嚴(yán)重時兩臺電機(jī)頻率可以相差0.2Hz,此時足以使一臺變頻器過電流或另一臺變頻器過壓。

(1)首先解決雙電機(jī)機(jī)械速度一致的問題

這種情況在調(diào)試過程中,解決是兩臺電機(jī)的過壓問題,要使兩臺變頻器同時輸出,在他們之間內(nèi)部增加控制單元,解決同頻同速的問題。其控制原理是:分別檢測兩臺電機(jī)的輸出電流及兩臺變頻器的過電壓,在同時啟動的過程中,通過放大過負(fù)荷能力,同時盡可能使負(fù)荷分配一致,這樣他們的運(yùn)行頻率(速度)一致。這樣避免或減少其中一臺電機(jī)多余能量向中間直流回路饋送,使其過電壓的程度限定在允許的限值之內(nèi)。

(2)其次降低工頻電源電壓

目前變頻器電源側(cè)一般采用不可控整流橋,電源電壓高,中間直流回路電壓也高,電源電壓為690V時,直流回路電壓分別為910V。塔什溝礦變頻器距離變壓器很近,變頻器輸入電壓高,對變頻器中間直流回路承受過電壓能力影響很大,在這種情況下,可以將變壓器的分接開關(guān)放置在高壓檔(10.5kV),通過適當(dāng)降低電源電壓的方式,達(dá)到相對提高變頻器過電壓能力的目的。

在二象限電壓型高壓變頻器系統(tǒng)中,由于能量的不可逆特點(diǎn),直流過電壓是她的一個弱點(diǎn),尤其是在礦井皮帶機(jī)雙電機(jī)拖動系統(tǒng)中。關(guān)鍵是要分清原因,結(jié)合變頻器本身參數(shù)、控制系統(tǒng)狀況和工藝流程等情況,才能制定相應(yīng)的對策。

11結(jié)語

IGCT變頻器是基于雙PWM的三電平變頻器調(diào)速裝置。整流橋側(cè)采用矢量控制技術(shù),可以大大減小整流側(cè)的電流諧波,任意調(diào)整電網(wǎng)側(cè)的輸入功率因數(shù)以及實(shí)現(xiàn)4象限運(yùn)行;逆變器側(cè)采用DTC控制,其輸出的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)更快;使用三電平技術(shù),使輸出線電壓波形更加接近正弦波,變頻器中的IGCT承受的電壓僅為直流電壓的一半,這樣將變頻器的電壓和容量提高一倍。故IGCT變頻器非常適用于高電壓、大容量的礦井提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng),其提升效率明顯高于同類型設(shè)備,能耗大幅度下降。經(jīng)過變頻技術(shù)改造后皮帶機(jī)運(yùn)行良好,徹底實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)力皮帶輸送機(jī)的軟起、軟停運(yùn)行方式以及轉(zhuǎn)速和功率平衡雙閉環(huán)的調(diào)節(jié),大大提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)和系統(tǒng)效率。改造后系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)載變化情況自動調(diào)整輸出頻率和輸出力矩,改變了以前電機(jī)工頻恒速運(yùn)行的模式,在很大程度上節(jié)約了電力能源。經(jīng)過改造后的運(yùn)行,事實(shí)證明HIVERT系列通用高壓變頻器有著無法比擬的優(yōu)越的產(chǎn)品性能和無法超越的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢,在煤炭行業(yè)的節(jié)能改造中應(yīng)用能夠創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效益,對于創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型的社會發(fā)揮著重要的作用。

 

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