中礦傳動(dòng)技術(shù)交流

行業(yè)動(dòng)態(tài)

2021年6月15日發(fā)布

       礦山提升系統(tǒng)作為礦山大型咽喉設(shè)備，承擔(dān)礦物提升、人員上下、材料運(yùn)送等任務(wù)，其性能的好壞直接影響礦山的生產(chǎn)和人員的生命安全。而礦井提升控制調(diào)速系統(tǒng)作為礦井提升系統(tǒng)的軟件控制部分，是它的大腦和神經(jīng)，其發(fā)揮的作用是不言而喻的。

         礦井提升機(jī)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載類型，要求調(diào)速系統(tǒng)具有“四象限可逆運(yùn)行能力，在重物提升和正力減速過(guò)程中，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力；在重物下放和負(fù)力減速過(guò)程中，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能回饋電網(wǎng)以產(chǎn)生電氣制動(dòng)力，達(dá)到提升機(jī)四象限可控運(yùn)行目的”。直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)均能完成該任務(wù)。

       其中，直流電機(jī)控制系統(tǒng)，作為礦山提升系統(tǒng)中較早投入、較為成熟的控制系統(tǒng)，前期廣泛應(yīng)用于礦山提升領(lǐng)域，但是由于其利用可控硅驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，在實(shí)際應(yīng)用中由于可控硅屬于半控器件，主器件本身的特性致使此系統(tǒng)存在功率因數(shù)低（通常小于0.84），無(wú)功沖擊大，諧波高，維護(hù)量高，自動(dòng)化程度偏低等問題。

        因此鑒于上述原因，國(guó)土資發(fā)［2014]176號(hào)文件將“礦井提升直流電動(dòng)機(jī)”列為限制類技術(shù)，僅允許在小型礦山使用，并逐步淘汰。        

       但是，就目前礦山提升控制系統(tǒng)而言，還存在著很大一部分在直流電動(dòng)機(jī)礦井提升控制系統(tǒng)，而這一部分存量市場(chǎng)，自2015年以后，已經(jīng)運(yùn)行至少6年的時(shí)間，正進(jìn)入了設(shè)備升級(jí)換代的階段，而對(duì)于系統(tǒng)的處理部分采用的方式則是將直流電機(jī)設(shè)備整體拆除，更換交流變頻電機(jī)同時(shí)配備與之相適應(yīng)的提升機(jī)控制系統(tǒng)；這一做法存在的問題是，一次性改造投入的費(fèi)用較高，尤其是更換電機(jī)價(jià)格不菲，且需停產(chǎn)改造周期較長(zhǎng)，從而造成很多礦山提升使用客戶，望價(jià)生畏，改造計(jì)劃一推再推，給提升系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。

       2020年，中礦傳動(dòng)根據(jù)客戶市場(chǎng)需求，針對(duì)目前市場(chǎng)現(xiàn)狀，研發(fā)了”IGBT全控PWM直流調(diào)速電控系統(tǒng)”，在客戶不拆除原有直流電機(jī)的情況下，以IGBT控制技術(shù)替換原有的SCR（可控硅）控制技術(shù)。目前，產(chǎn)品已經(jīng)完成測(cè)試，效果完全達(dá)到預(yù)期。

   圖1  礦井提升機(jī)使用現(xiàn)場(chǎng)

       IGBT全控PWM直流調(diào)速電控系統(tǒng)的直流電機(jī)電樞側(cè)引入全控功率變換單元，通過(guò)PWM控制直流斬波進(jìn)行調(diào)速，全控整流單元在提供穩(wěn)定直流電壓的同時(shí)，可對(duì)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)和諧波進(jìn)行調(diào)節(jié)和補(bǔ)償，從而使系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)造成的諧波影響可忽略不計(jì)。磁場(chǎng)側(cè)采用創(chuàng)新的DC/DC變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，省去了勵(lì)磁開關(guān)柜和勵(lì)磁變壓器，并且采用全控變換單元，性能更優(yōu)。

      同時(shí)，IGBT全控PWM直流調(diào)速電控系統(tǒng)中，采用功率疊層母線技術(shù)，讓平板導(dǎo)體加絕緣層的疊層母線具有結(jié)構(gòu)緊湊、低雜散電感和良好的散熱性能等諸多優(yōu)點(diǎn)。在制造工藝方面則采用堆棧式功率組件結(jié)構(gòu)，層次清晰，既提高了變流器的功率密度，又方便設(shè)備的維護(hù)與檢修。

圖2 疊層母線連接方式

       另外， IGBT全控PWM直流調(diào)速電控系統(tǒng)中加裝自主研發(fā)的礦井提升機(jī)非線性懸?？刂破骱投郈PU多總線協(xié)同工作控制器，使整個(gè)系統(tǒng)更加穩(wěn)定、收斂速度更快，具備較好的速度控制及轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性能。系統(tǒng)針對(duì)實(shí)際需要設(shè)計(jì)了并行和串行兩路板級(jí)總線，同步時(shí)序操作，主要和中央處理單元的交換實(shí)時(shí)性高的運(yùn)算數(shù)據(jù)；串行總線也為同步工作方式，提供數(shù)據(jù)回檢、板級(jí)工作狀態(tài)等功能。

圖3 堆棧式功率組合件柜體

     IGBT全控PWM直流調(diào)速電控系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中具有以下的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：

1、啟動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊，降低電機(jī)的噪音和故障率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)、軟停止，降低設(shè)備沖擊損耗。

2、網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高，達(dá)到0.99，輸出階梯正弦波，電流諧波小，不需功率因數(shù)補(bǔ)償和諧波抑制裝置，對(duì)電纜、電機(jī)絕緣無(wú)損害。

3、新式IGBT結(jié)構(gòu)變流器效率達(dá)到98%以上，進(jìn)一步降低電能消耗。

4、變流裝置采用新一代IGBT控制技術(shù)，較上一代可控硅整流技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、功耗低、發(fā)熱小、故障率低、可靠性強(qiáng)、性能優(yōu)異等特點(diǎn)，是大型直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展方向，能夠保證礦井提升系統(tǒng)高效安全運(yùn)轉(zhuǎn)，具有廣泛的社會(huì)效益。

  （本稿件由中礦傳動(dòng)市場(chǎng)部整理編輯，經(jīng)中礦傳動(dòng)技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)審核授權(quán)發(fā)布?。?/span>

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