國(guó)傳電氣技術(shù)交流

產(chǎn)品技術(shù)

2023年07月03日發(fā)布

導(dǎo)讀：電勵(lì)磁同步機(jī)是礦山提升機(jī)較為常見(jiàn)的提升電機(jī)設(shè)備。其提升電控系統(tǒng)與其它電機(jī)控制系統(tǒng)存在很大的差異性。

       凌臧是我司變頻控制研發(fā)部長(zhǎng)，對(duì)電勵(lì)磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)有很深的研究，同時(shí)具備豐富的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。今天，我們邀請(qǐng)凌博士為大家介紹電勵(lì)磁同步電機(jī)發(fā)展及其礦山應(yīng)用方面的知識(shí)，讓我們一起學(xué)習(xí)。

       1890年美國(guó)西屋電氣研制出第一臺(tái)交流同步電機(jī)，此后的100多年里，憑借其過(guò)載能力強(qiáng)、效率高、功率因數(shù)可調(diào)以及弱磁方便等優(yōu)點(diǎn)，在許多大型設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)，如軋鋼機(jī)、大功率提升機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。

       同步電機(jī)的磁場(chǎng)采用直流勵(lì)磁，因此可以在任何功率因數(shù)下工作；在沒(méi)有變頻電源的情況下，大型同步電機(jī)存在失步、振蕩及啟動(dòng)困難的問(wèn)題，無(wú)法對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，最初只用于拖動(dòng)恒速負(fù)載或改善功率因數(shù)的場(chǎng)合。

       隨著可控硅的出現(xiàn)，變流器供電的同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)得到了重視，國(guó)外專家學(xué)者進(jìn)行了廣泛研究，同步電機(jī)調(diào)速理論才有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

    近些年來(lái)，隨著電力電子器件、大規(guī)模集成電路、變流技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使得同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)逐步具備了寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)態(tài)精度、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)及四象限運(yùn)行等良好的技術(shù)性能。

       1981年西門子公司研制成功第一臺(tái)交交變頻同步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，使得大容量同步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)登上高性能調(diào)速的舞臺(tái)。由于交交變頻存在著輸出頻率低、電網(wǎng)功率因數(shù)低、旁頻諧波影響大等缺點(diǎn)。2000年前后西門子和ABB各自推出了交直交變頻同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有輸出頻率高、電網(wǎng)諧波污染小、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。  

   2008年，國(guó)傳電氣研制的第一套氣隙磁鏈定向同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)在開(kāi)灤集團(tuán)東歡坨礦副井順利投產(chǎn)應(yīng)用。

    2011年，國(guó)傳電氣ACD2000風(fēng)冷變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成功應(yīng)用于永煤集團(tuán)陳四樓主井轉(zhuǎn)子外置式提升機(jī)系統(tǒng)。

       電勵(lì)磁同步電機(jī)定子上裝有三相對(duì)稱繞組，互差120°電角度。轉(zhuǎn)子上安放直流勵(lì)磁繞組。

一、 同步電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)：

（1）定子電源的頻率與同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速之間存在著確定的關(guān)系              ，而感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n＜ns。

（2）同步電動(dòng)機(jī)可以在任何功率因數(shù)（超前、滯后或者1）下運(yùn)行。

（3）電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)，在分析時(shí)需采用雙反應(yīng)原理。

（4）電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)電磁關(guān)系變得十分復(fù)雜。

二、電勵(lì)磁同步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

      異步電動(dòng)機(jī)由于勵(lì)磁的需要，必須從電源吸取滯后的無(wú)功電流，空載時(shí)功率因數(shù)很低。同步電動(dòng)機(jī)則可通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的直流勵(lì)磁電流，改變輸入功率因數(shù)。當(dāng)功率因數(shù)=1時(shí)，電樞銅損最小，可以節(jié)約變壓變頻裝置的容量。

      同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有獨(dú)立勵(lì)磁，在極低的電源頻率下也能運(yùn)行，因此，在同樣條件下，同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍比異步電動(dòng)機(jī)更寬。

    異步電動(dòng)機(jī)需要靠加大轉(zhuǎn)差才能提高轉(zhuǎn)矩，而同步電機(jī)只須加大功角就能增大轉(zhuǎn)矩，同步電動(dòng)機(jī)比異步電動(dòng)機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)具有更強(qiáng)的承受能力，能作出更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

      礦井提升機(jī)和鋼鐵廠主軋機(jī)的同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)要求大容量、低轉(zhuǎn)速、高過(guò)載、響應(yīng)快、四象限運(yùn)行，對(duì)變頻器的控制要求特別嚴(yán)格，這是普通異步電機(jī)及其變頻器所不能解決的，在此類系統(tǒng)中應(yīng)用的大多是大功率同步電機(jī)。

    另外大功率同步電機(jī)在水泥、船舶、冶金、化工、電力行業(yè)、造紙行業(yè)等領(lǐng)域已有較多的應(yīng)用。

       電勵(lì)磁同步電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來(lái)，提升系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定、速度曲線、行程跟蹤精準(zhǔn)、保護(hù)完善、故障診斷能力強(qiáng)，各參數(shù)性能均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；

一、性能控制方面方面：

1、主提升系統(tǒng)運(yùn)行效果：

        以下為主提升現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果波形(滿載提升工況下運(yùn)行波形，提升機(jī)最高轉(zhuǎn)速為13m/s，從圖中可明顯看出提升過(guò)程中系統(tǒng)均具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和速度跟蹤特性。

2、電機(jī)控制運(yùn)行效果：

     電機(jī)磁鏈模型采用非線性氣隙磁鏈觀測(cè)模型（專利），其中的電壓模型速度調(diào)節(jié)范圍比較寬，可提供準(zhǔn)確的隱含期望值，可在極低速運(yùn)行狀態(tài)下準(zhǔn)確觀測(cè)氣隙磁鏈，系統(tǒng)具有良好的低速運(yùn)行性能。 

3、整流有源前端運(yùn)行效果：

     在負(fù)載動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中直流母線電壓保持恒定，有功電流、無(wú)功電流均具有良好的動(dòng)態(tài)跟隨性能。網(wǎng)側(cè)電流正弦度高，諧波含量極低，整流器實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行。

4、電能質(zhì)量方面：     

       主提升系統(tǒng)在滿載、全速工況下，由國(guó)家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如下：

5、振動(dòng)噪聲運(yùn)行效果：

       大型機(jī)電設(shè)備的振動(dòng)特性是影響系統(tǒng)運(yùn)行性能和可靠性的重要指標(biāo)，同時(shí)噪聲是對(duì)環(huán)境舒適度影響的關(guān)鍵因素。本項(xiàng)目通過(guò)第三方測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)比了新老系統(tǒng)振動(dòng)和噪聲特性。

        通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比，新系統(tǒng)提升機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲明顯小于原進(jìn)口系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲。

二、節(jié)能降耗方面：

      副井大罐提升系統(tǒng)在運(yùn)行72小時(shí)后，用電14006度（老系統(tǒng)提同樣勾數(shù)，用電17394度），與老系統(tǒng)相比，節(jié)電3388度，節(jié)電19.4%，另外考慮到原系統(tǒng)的無(wú)功沖擊引起的變壓器損耗和線路損耗，實(shí)際系統(tǒng)節(jié)電超過(guò)20%。

三、經(jīng)濟(jì)效益方面：

      主井提升機(jī)電控系統(tǒng)通過(guò)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造后，解決了系統(tǒng)高速運(yùn)行機(jī)電耦合震蕩問(wèn)題，使得提升運(yùn)行速度可以達(dá)到設(shè)計(jì)的額定速度13m/s，提升時(shí)間由原系統(tǒng)86s，縮減至75秒，提升能力增加了150萬(wàn)噸/年。

四、安全可靠性方面：

       創(chuàng)新設(shè)計(jì)的交互式保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)，節(jié)省了保護(hù)系統(tǒng)測(cè)試時(shí)間，提高了保護(hù)系統(tǒng)可靠性。

    零速懸停和鋼絲繩張力釋放控制，杜絕了起停車的沖擊蠕動(dòng)、重載倒轉(zhuǎn)。大幅增加了大型礦山提升機(jī)系統(tǒng)安全可靠性。

    基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程故障預(yù)測(cè)診斷系統(tǒng)，形成全礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)集中管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障預(yù)測(cè)診斷，提高礦井智能化水平。

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

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