變頻概述-20110603講課

中礦傳動(dòng)礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述

徐州中礦大傳動(dòng)與自動(dòng)化有限公司徐志鷗二零一一年六月中礦傳動(dòng)

一、提升機(jī)的類型●

纏繞式提升機(jī)1-提升機(jī)2-提升鋼絲繩3-天輪4-井架5-罐道6-罐籠礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)●

普通多繩摩擦式提升機(jī)

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)●內(nèi)裝式多繩摩擦提升機(jī)

內(nèi)裝式提升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）摩擦輪——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子（2）主軸裝置——電動(dòng)機(jī)定子礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)中礦傳動(dòng)特殊提升機(jī)（1）單繩摩擦式提升機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合：開灤礦務(wù)局呂家坨礦老主井、老副井。（2）錐形滾筒應(yīng)用場(chǎng)合：開灤礦務(wù)局唐山礦2#、3#井，林西礦4#井

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)中礦傳動(dòng)二提升機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)

1拖動(dòng)系統(tǒng)分類●按電流的種類分，可以分為交流拖動(dòng)和直流拖動(dòng)兩大類。

●按電動(dòng)機(jī)的數(shù)量分，有單機(jī)拖動(dòng)和雙機(jī)拖動(dòng)兩大類?！癜催B接形式分，有帶減速器和直聯(lián)式兩大類?！癜刺嵘萜鞯姆N類分，有箕斗提升和罐籠提升機(jī)兩大類。

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)2提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)提升機(jī)的運(yùn)行具有周期性，是一個(gè)位勢(shì)負(fù)載。電動(dòng)機(jī)存在兩種運(yùn)行狀態(tài)：電動(dòng)狀態(tài)和制動(dòng)狀態(tài)，其工作加減速度要滿足《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，立井升降人員的加速度和減速度都不得超過0.75m/s2，斜井不得大于0.5m/s2?！对O(shè)計(jì)規(guī)范》建議箕斗提升加速度不宜大于1.2m/s2。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)3提升機(jī)對(duì)電控系統(tǒng)的要求

●

滿足四象限運(yùn)行要求；

●要求平滑調(diào)速且調(diào)速精度較高提升工藝要求電氣傳動(dòng)；

●設(shè)置準(zhǔn)確可靠的速度給定裝置；

●設(shè)置行程顯示與行程控制器為了便于提升機(jī)司機(jī)操作；

●設(shè)置完善的故障監(jiān)視裝置；

●設(shè)置可靠的閘控電路。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)4提升機(jī)電控的技術(shù)指標(biāo)●調(diào)速范圍●靜差率當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱為靜差率s，即顯然，靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。它和機(jī)械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)4礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀三個(gè)階段（1）交流拖動(dòng)（TKD系統(tǒng)）（2）直流拖動(dòng)（F-D機(jī)組，晶閘管變流）（3）交流拖動(dòng)（變頻）礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)直流拖動(dòng)和交流拖動(dòng)之比較（1）交流電機(jī)比直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作可靠、慣量小、效率高。一般來說直流電機(jī)的效率只有85%左右，而交流異步電機(jī)可到90%以上，同步電機(jī)可達(dá)到96%以上。（2）直流電機(jī)具有電刷和換相器因而必須經(jīng)常檢查維修、換向火花使直流電機(jī)的應(yīng)用環(huán)境受到限制。國(guó)內(nèi)礦井使用直流電機(jī)一般都在3MW以下，而交流電機(jī)可以做到10MW以上。對(duì)于井下要求防爆的場(chǎng)合，直流電機(jī)就無法勝任。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)（3）交流變頻系統(tǒng)一般都使用PWM（脈寬調(diào)制）方式，其諧波含量很小，根本不需要諧波治理。而直流調(diào)速一般采用晶閘管整流，其諧波是無法避免的，需要治理。（4）交流變頻采用的智能型全控器件（IGBT、IGCT），都可以實(shí)現(xiàn)自保護(hù)，對(duì)于器件故障的保護(hù)功能更完善，并且能防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。而對(duì)于維護(hù)人員都可以通過上位機(jī)系統(tǒng)得到故障信息。而普通晶閘管則不具備此功能，出現(xiàn)器件故障只能依靠現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)去判斷，對(duì)維護(hù)造成很大的不便利。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)三直流拖動(dòng)系統(tǒng)

根據(jù)供電電源的不同有以下兩種：發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)直流拖系統(tǒng)(G—M系統(tǒng))和晶閘管—電動(dòng)機(jī)直流拖動(dòng)系統(tǒng)(V—M系統(tǒng))。

1F-D拖動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速平穩(wěn)，電流無脈動(dòng)，調(diào)速范圍寬缺點(diǎn)：使用設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、有噪聲

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)2、可控硅整流器-電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)裝置這種拖動(dòng)裝置利用可控硅整流器的直流電壓向提升電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)的電樞和磁場(chǎng)均可它來供電，因?yàn)橹绷麟妷嚎赏ㄟ^控制角均勻調(diào)節(jié)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速便可以得到均勻改變而達(dá)到無級(jí)調(diào)速。電動(dòng)機(jī)的換向可分為電樞換向和磁場(chǎng)換向兩種方式。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)V-M系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：

動(dòng)作速度快，維護(hù)工作量小，比F-D機(jī)組運(yùn)行效率高，體積小，重量輕和占地面積小。缺點(diǎn)：對(duì)電網(wǎng)無功沖擊大，高次諧波會(huì)影響電網(wǎng)電壓。12脈動(dòng)整流器：

為了抑制諧波分量，減少電網(wǎng)電壓波形的畸變，可以利用組合整流橋得到12脈波的輸出電壓波形。采用這種方法需要互差30的兩個(gè)獨(dú)立交流電源（可借同一整流變壓器的兩個(gè)不同的閥側(cè)繞組供電），相位控制可以采用簡(jiǎn)單的等同控制原則。

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)12脈動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：●

波形質(zhì)量好，脈波數(shù)提高1倍；●

擴(kuò)大變流器功率范圍，以適應(yīng)大功率提升機(jī)的高電壓、大電流的要求；●提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，當(dāng)其中某一組變流裝置故障時(shí)，可以利用剩下的一組供電，使得提升機(jī)在降低一半功率的條件下繼續(xù)維持運(yùn)行。

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)

根據(jù)組合方式的不同，可分為串聯(lián)12脈動(dòng)和并聯(lián)12脈動(dòng)。串聯(lián)時(shí)某一組變流裝置故障時(shí)可實(shí)現(xiàn)全載半速，并聯(lián)時(shí)某一組變流裝置故障時(shí)可實(shí)現(xiàn)半載全速。值得注意的是在選擇并聯(lián)12脈動(dòng)時(shí)必須適用兩個(gè)電抗器和兩個(gè)直流快開。一般情況下推薦使用串聯(lián)12脈動(dòng)，尤其是在主井，如果采用并聯(lián)12脈動(dòng)在井中某組變流器出現(xiàn)故障，采用全速半載是不能繼續(xù)進(jìn)行提升的。除此而外，串聯(lián)12脈動(dòng)還可以實(shí)現(xiàn)順序控制，能大大地減少無功功率的消耗，從而提高功率因數(shù)。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)

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ASCS系列全數(shù)字直流電控調(diào)速

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)（1）主回路

●高壓配電系統(tǒng)●

整流變壓器●可控硅整流裝置●快開●電抗器●轉(zhuǎn)接柜礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)（2）全數(shù)字調(diào)節(jié)部分高性能單片機(jī)為核心，主要功能有:●完成提升機(jī)速度和電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，如:①預(yù)設(shè)速度基準(zhǔn)值；②限制加、減速過程的沖擊；③速度自動(dòng)調(diào)節(jié)；④電樞電流自動(dòng)調(diào)節(jié)；⑤磁場(chǎng)電流自動(dòng)調(diào)節(jié)；⑥預(yù)設(shè)電流限制值。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)●實(shí)現(xiàn)電樞回路和磁場(chǎng)回路的各種故障保護(hù)，如:

①磁場(chǎng)變壓器超溫；②磁場(chǎng)整流橋快熔熔斷；③磁場(chǎng)過電流；④磁場(chǎng)回路對(duì)地漏電；⑤磁場(chǎng)可控硅交流阻尼熔絲斷；⑥磁場(chǎng)可控硅過熱；⑦電樞變壓器超溫；⑧電樞整流橋快熔熔斷；⑨電樞過電流；⑩電樞回路對(duì)地漏電；?電樞可控硅交流阻尼熔絲斷；?電樞可控硅過熱。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)（3）多PLC冗余控制部分

用來完成提升機(jī)系統(tǒng)操作保護(hù)和行程監(jiān)控和裝?！?/p>

操作保護(hù)部分采用一臺(tái)PLC執(zhí)行操作程序，并實(shí)現(xiàn)各種故障保護(hù)及閉鎖。PLC將來自系統(tǒng)各部分的保護(hù)信號(hào)處理后分為立即施閘、井口施閘、電氣制動(dòng)和報(bào)警四類，送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警并施閘。系統(tǒng)的安全回路有兩套，一套由PLC構(gòu)成，另一套為繼電器直動(dòng)回路。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)●

行程監(jiān)控部分由一臺(tái)PLC、兩個(gè)軸編碼器(一個(gè)裝在滾筒上，另一個(gè)裝在導(dǎo)向輪上)和井筒開關(guān)構(gòu)成，軸編碼器將提升機(jī)鋼絲繩在線速度和行程位置轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)送入PLC，經(jīng)PLC中的軟件計(jì)算后處理成罐籠在井筒中的位置和在線速度，送到操作臺(tái)監(jiān)視器顯示。（4）操作臺(tái)和監(jiān)視器

操作臺(tái)由左操作臺(tái)、右操作臺(tái)和指示臺(tái)三部分構(gòu)成。左操作臺(tái)上有制動(dòng)手柄、高壓送電按鈕、磁場(chǎng)送電按鈕、快開控制按鈕、安全復(fù)位按鈕、緊停按鈕、燈試驗(yàn)按鈕、閘試驗(yàn)按鈕、過卷旁通按鈕等；右操作臺(tái)上有主令操作手柄、工作方式選擇開關(guān)、控制方式選擇開關(guān)和信號(hào)聯(lián)絡(luò)按鈕等；指示臺(tái)左側(cè)為監(jiān)視器，指示臺(tái)上有深度指示器、重要操作信號(hào)和故障信號(hào)指示燈以及運(yùn)行參數(shù)顯示儀表。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)交流拖動(dòng)交流電機(jī)主要分為異步電機(jī)（即感應(yīng)電機(jī)）和同步電機(jī)兩大類，每類電機(jī)又有不同類型的調(diào)速系統(tǒng)?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中介紹的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)種類繁多，可按照不同的角度進(jìn)行分類。常見的交流調(diào)速方法有：①降電壓調(diào)速②轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速③轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速④繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速和雙饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速⑤變極對(duì)數(shù)調(diào)速⑥變壓變頻調(diào)速等

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)1、異步機(jī)調(diào)速類型按照交流異步電機(jī)的原理，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率可分成兩部分：一部分是拖動(dòng)負(fù)載的有效功率，稱作機(jī)械功率；另一部分是傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率，與轉(zhuǎn)差率s成正比。從能量轉(zhuǎn)換的角度上看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，是消耗掉還是得到回收，是評(píng)價(jià)調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。從這點(diǎn)出發(fā)，可以把異步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分成三類：●

轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)●轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)●轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)●

轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)

這種類型的全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中，上述的第①（降電壓調(diào)速）、②（轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速）、③（轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速）三種調(diào)速方法都屬于這一類。在三類異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，這類系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時(shí)效率越低，它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的降低的（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)）?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價(jià)值。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)●

轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)在這類系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率只有轉(zhuǎn)子銅損，而且無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率基本不變，因此效率更高，上述的第⑤（變極對(duì)數(shù)調(diào)速）、⑥（變壓變頻調(diào)速）兩種調(diào)速方法屬于此類。其中變極對(duì)數(shù)調(diào)速是有級(jí)的，應(yīng)用場(chǎng)合有限。只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，取代直流調(diào)速；但在定子電路中須配備與電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)淖儔鹤冾l器，相比之下，設(shè)備成本最高。

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)●

轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)在這類系統(tǒng)中，除轉(zhuǎn)子銅損外，大部分轉(zhuǎn)差功率在轉(zhuǎn)子側(cè)通過變流裝置饋出或饋入，轉(zhuǎn)速越低，能饋送的功率越多，上述第④（串級(jí)調(diào)速和雙饋調(diào)速）種調(diào)速方法屬于這一類。無論是饋出還是饋入的轉(zhuǎn)差功率，扣除變流裝置本身的損耗后，最終都轉(zhuǎn)化成有用的功率，因此這類系統(tǒng)的效率較高，但要增加一些設(shè)備。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)2TKD系統(tǒng)簡(jiǎn)介

這種方式的原理是在繞線異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路接入金屬電阻，用控制器或磁力站逐步切除電阻的方法進(jìn)行調(diào)速，換向靠高壓真空開關(guān)改變進(jìn)線高壓相序，在減速段投入動(dòng)力制動(dòng)或是低頻制動(dòng)，從理論上講屬于異步電機(jī)轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)TKD系統(tǒng)的缺點(diǎn)（1）調(diào)速性能差，起動(dòng)和減速運(yùn)行特性出現(xiàn)階梯式跳躍。（2）能耗特別大，消耗在電阻上的電能特別大，不符合國(guó)家節(jié)能減排的要求。（3）速度不能平滑調(diào)節(jié)，因而對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的沖擊非常大，縮短設(shè)備壽命。（4）控制方式多為分立元器件，因此維護(hù)量特別大（5）速度不易人為控制，使用中存在著很大的安全隱患。（6）因減速和爬行段不能低速平穩(wěn)運(yùn)行，必然導(dǎo)致爬行段時(shí)間過長(zhǎng)，影響提升效率。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)電力變換的類型礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)3交-交變頻

交－交變頻變流器用于將恒頻三相交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)頻率的交流三相電源。變流器為由三相全橋組成的六脈沖無環(huán)流交－交變頻器，三相全橋由直接反并聯(lián)晶閘管連成。每?jī)山M全橋內(nèi)一臺(tái)整流變壓器供電，為電機(jī)提供單相交流電源。

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述

系統(tǒng)主要由主控計(jì)算機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)、整流變壓器、交交變頻器、勵(lì)磁變壓器、電壓、電流檢測(cè)裝置、軸編碼器等組成。中礦傳動(dòng)

為了提高驅(qū)動(dòng)控制性能和減少諧波污染，可采用十二脈沖結(jié)構(gòu)，即由上述兩組六脈沖變流器分別向電機(jī)的兩組獨(dú)立定子繞組供電，兩組六脈沖變流器的三相電源的相角差30°(由整流變壓器完成)，或兩組六脈沖變流器并聯(lián)向電機(jī)定子繞組供電

。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)交-交變頻電壓和電流輸出波形礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)

●交-交變頻的優(yōu)點(diǎn)（1）適用的功率范圍較大，且過載倍數(shù)大。（2）具有良好轉(zhuǎn)矩特性，對(duì)礦井提升機(jī)具有較好的應(yīng)用能力。（3）無中間直流環(huán)節(jié)的變換，故運(yùn)行效率較高。（4）主回路功率元器件可采用普通晶閘管，提高了變頻器性價(jià)比和抗過載能力。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)

●交-交變頻的缺點(diǎn)（1）系統(tǒng)比較復(fù)雜，特別是對(duì)于雙繞組，器件使用多。而且每一相都需要獨(dú)立隔離電源，使得變壓器數(shù)目增多。（2）對(duì)電機(jī)的參數(shù)依賴較大，如果電機(jī)廠家給出參數(shù)不全或不準(zhǔn)確，必然會(huì)影響調(diào)速性能。（3）功率因數(shù)低，尤其是低速運(yùn)行時(shí)，需要適當(dāng)補(bǔ)償。（4）頻率輸出范圍窄，一般在15Hz以下，對(duì)于低速直聯(lián)同步機(jī)比較適用，而對(duì)于高速電機(jī)則無用武之地。（5）諧波含量大，且諧波是不可預(yù)料的，即使進(jìn)行諧波治理，效果也不會(huì)好。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)

4交-直-交變頻交-直-交變頻一般采用全控型的半導(dǎo)體器件，如GTO、IGBT、IGCT等。相對(duì)與交-交變頻來說，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，頻率可調(diào)范圍寬，功率因數(shù)高，高次諧波少等優(yōu)點(diǎn)。以前由于受半導(dǎo)體器件功率的影響，容量一直做不大，隨著大功率全控器件的出現(xiàn)，這種方式有著非常好的前景。在主回路結(jié)構(gòu)上，它可采用兩電平或多電平的方式。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)兩電平變頻器

這種方式在每個(gè)橋臂上只有一個(gè)開關(guān)器件，每相輸出只有兩種電平，即和0。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)多管串聯(lián)兩電平變頻器在半導(dǎo)體器件容量受限制的情況下，為了直接對(duì)高壓進(jìn)行變換，可選擇多管串聯(lián)的兩電平主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)單元級(jí)聯(lián)多電平高壓變頻器

單元串聯(lián)多電平逆變器是1975年P(guān).Hammond提出的一種適合高壓場(chǎng)合的變頻器結(jié)構(gòu)，其原理是用隔離的直流電源作為多個(gè)H橋的輸入，輸出端串聯(lián)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是問世最早的一種多電平變頻器。其主要功能是用于高壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、大功率電源、大功率有源濾波器等場(chǎng)合礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)級(jí)聯(lián)多電平高壓變頻器的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：采用單元化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將多個(gè)單相全橋單元疊加起來，采用載波移相等PWM調(diào)制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)多電平疊加輸出，系統(tǒng)電平數(shù)越多，輸出波形越接近于正弦，du/dt低，可不用輸出濾波器而直接應(yīng)用于普通電機(jī)，系統(tǒng)冗余度較好。缺點(diǎn)：較難實(shí)現(xiàn)高性能矢量控制，目前大多應(yīng)用于調(diào)速要求不高的風(fēng)機(jī)、水泵等應(yīng)用場(chǎng)合。系統(tǒng)功率器件數(shù)量眾多，如對(duì)每個(gè)獨(dú)立的直流電源配置前端全控整流以實(shí)現(xiàn)高性能能量回饋和網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制功能，則系統(tǒng)所用功率器件和傳感器數(shù)量將會(huì)急劇擴(kuò)大，系統(tǒng)功率密度低，移相變壓器制造工藝復(fù)雜，系統(tǒng)占地面積大，故障點(diǎn)多，可靠性一般。

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)中點(diǎn)嵌位式三電平變頻器

三電平變換器由早期的兩電平變換器演化而來，在變換器的橋臂上有4個(gè)功率器件，每個(gè)橋臂可輸出1、0、-1三個(gè)電平。在相同的輸出電壓等級(jí)的情況下，三電平結(jié)構(gòu)功率器件所承受的電壓僅為兩電平的一半，大大減輕了du/dt，降低了功率器件和電機(jī)絕緣承受的電壓應(yīng)力，減小了變頻器相同的EMI。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)三電平和兩電平之比較（1）三電平變頻器輸出電壓的階梯波與兩電平相比，更接近正弦波，電平數(shù)增多，輸出電壓諧波含量低，即降低了電壓畸變率和du/dt。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)三電平和兩電平之比較礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)三電平和兩電平之比較（2）三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與兩電平結(jié)構(gòu)相比較，可以有效的降低功率器件的開關(guān)頻率，從而提高了系統(tǒng)可靠性，延長(zhǎng)了器件使用壽命。（3）與兩電平相比，由于開關(guān)頻率的顯著降低，從而降低了變流器的EMI和功率器件的發(fā)熱量，也降低了變頻器的器件損耗。（4）由于優(yōu)良的輸出電流波形，使得三電平變頻器對(duì)電機(jī)沖擊減小，延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)

五ASCS三大變頻產(chǎn)品

徐州中礦大傳動(dòng)與自動(dòng)化有限公司在交流傳動(dòng)方面皆利用三電平拓樸結(jié)構(gòu)，派生出三大變頻產(chǎn)品，即異步繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l，異步鼠籠機(jī)定子變頻和同步電機(jī)變頻。

1異步繞線電機(jī)雙饋轉(zhuǎn)子變頻

傳統(tǒng)雙饋電機(jī)即為繞線式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，因其定、轉(zhuǎn)子各有一套繞組與外部電源(電網(wǎng)或變頻器)相連，功率流向可分別由定、轉(zhuǎn)子饋入或饋出，故稱雙饋電機(jī)。

所以所謂“雙饋”，就是指把繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的定子繞組與交流電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞組與其他含電動(dòng)勢(shì)的電路相連接，使它們可以進(jìn)行電功率的相互傳遞。至于電功率是饋入定子繞組和/或轉(zhuǎn)子繞組，還是由定子繞組和/或轉(zhuǎn)子繞組饋出，則要視電機(jī)的工況而定。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)

在雙饋調(diào)速工作時(shí)，除了電機(jī)定子側(cè)與交流電網(wǎng)直接連接外，轉(zhuǎn)子側(cè)也要與交流電網(wǎng)或外接電動(dòng)勢(shì)相連，從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看，可認(rèn)為是在轉(zhuǎn)子繞組回路中附加一個(gè)交流電動(dòng)勢(shì)。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)雙饋調(diào)速的功率傳輸（1）轉(zhuǎn)差功率輸出狀態(tài)

異步電動(dòng)機(jī)由電網(wǎng)供電并以電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，它從電網(wǎng)輸入（饋入）電功率，而在其軸上輸出機(jī)械功率給負(fù)載，以拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)雙饋調(diào)速的功率傳輸（2）轉(zhuǎn)差功率輸入狀態(tài)

當(dāng)電機(jī)以發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，它被拖著運(yùn)轉(zhuǎn)，從軸上輸入機(jī)械功率，經(jīng)機(jī)電能量變換后以電功率的形式從定子側(cè)輸出（饋出）到電網(wǎng)。

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)轉(zhuǎn)子附加電勢(shì)的作用異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)其轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢(shì)為：轉(zhuǎn)子相電流的表達(dá)式為：

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述有了附加電勢(shì)后相電流為：

中礦傳動(dòng)礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述2.Er

與Eadd反相

同理可知，若減少或串入反相的附加電動(dòng)勢(shì)，則可使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。所以，在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個(gè)可控的附加電動(dòng)勢(shì)，就可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

中礦傳動(dòng)●

ASCS雙饋?zhàn)冾l構(gòu)成

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述

系統(tǒng)在繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)引入全控功率變換單元，通過控制轉(zhuǎn)差功率進(jìn)行調(diào)速，其中CU1為全控逆變單元，用于提供與轉(zhuǎn)子電勢(shì)同頻率的變壓變頻電源，CU2為全控整流單元，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，使系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)造成的影響可忽略不計(jì)。中礦傳動(dòng)●

ASCS提升機(jī)雙饋?zhàn)冾l系統(tǒng)框圖礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)●

雙饋?zhàn)冾l的性能特點(diǎn)轉(zhuǎn)矩：?jiǎn)?dòng)、低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的兩倍。由于電壓和頻率均連續(xù)可調(diào)，電機(jī)起動(dòng)電流可得到有效控制，轉(zhuǎn)矩沖擊不存在，可提供既可控又平滑的最大啟動(dòng)及制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，大大縮短了加減速及爬行段的時(shí)間。調(diào)速性能：矢量控制可實(shí)現(xiàn)類似直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)良調(diào)速性能，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。系統(tǒng)能自動(dòng)高精度地按設(shè)計(jì)的提升速度圖控制提升速度，系統(tǒng)的安全得到保證，極大地降低了操縱難度；減速時(shí)電氣制動(dòng)減速，司機(jī)無需再用施閘手段控制提升機(jī)減速，避免了超速、過卷的發(fā)生。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)●

雙饋?zhàn)冾l的性能特點(diǎn)諧波：通過高性能失量控制算法，將功率變換裝置和電機(jī)作為整體考慮，在實(shí)現(xiàn)高性能調(diào)速的前提下，可對(duì)整流網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)、整流網(wǎng)側(cè)諧波、電機(jī)定子側(cè)功率因數(shù)等系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行調(diào)控，所以幾乎不存在諧波污染，不需增加無功補(bǔ)償、諧波治理等投資。

功率因數(shù)：雙饋控制所具有的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)在調(diào)速的同時(shí)能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)定子側(cè)無功功率，改善系統(tǒng)的功率因數(shù)，功率因數(shù)可達(dá)到1，提高了設(shè)備對(duì)電網(wǎng)容量資源的利用率，減少了因無功電流引起的線路損耗。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)●轉(zhuǎn)子子雙饋?zhàn)冾l與高壓變頻之比較（1）由于定子側(cè)電壓較高和IGBT耐壓的限制，高壓變頻只有采用級(jí)聯(lián)的方式。高壓變頻器的變壓器為特制的多繞組變壓器，二次輸出多達(dá)45-60只端子，變頻器主回路接線比較多。另外高壓變頻器使用IGBT數(shù)量為180-270只。而在雙饋轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)中，變壓器為通用整流變壓器，IGBT數(shù)量為24只，二極管12只，元器件總數(shù)36只，主回路可靠性是高壓變頻的5-7倍。（2）高壓變頻器中使用60-80只電解電容，此電解電容壽命為2000-6000小時(shí)，正常使用八個(gè)月左右就要更換。更重要的是這樣的元件壽命不能保證提升機(jī)電控系統(tǒng)的可靠性。轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l器采用兩個(gè)高性能聚丙脂電容，壽命可達(dá)20萬小時(shí)，壽命是電解電容的20倍。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)●轉(zhuǎn)子子雙饋?zhàn)冾l與高壓變頻之比較（3）高壓變頻由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)高性能的控制方式（如矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制），基本都采用V/F控制方式，對(duì)于風(fēng)機(jī)、水泵類不變負(fù)載有一定的使用范圍，但對(duì)于提升機(jī)之類的位勢(shì)負(fù)載，其轉(zhuǎn)矩特性以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)是很難滿足要求的。（4）高壓變頻在使用過程中，都是滿負(fù)荷運(yùn)行。而轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l只在減速和減速段出力，在等速段只是將轉(zhuǎn)差功率回饋電網(wǎng)，其電流很小。因此變頻器的功率損耗更小，效率更高，壽命更長(zhǎng)。（5）高壓變頻所使用移相變壓器為非標(biāo)產(chǎn)品，制造工藝復(fù)雜，損耗大。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)●轉(zhuǎn)子變頻與定子短封變頻之比較

（1）變頻矢量控制在定向方面有兩種，即定子磁鏈定向和轉(zhuǎn)子磁鏈定向。由于轉(zhuǎn)子電流本身是被控量，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子磁鏈難以觀測(cè)準(zhǔn)確，影響控制效果。雙饋?zhàn)冾l采取定子磁鏈定向，因定子是恒壓恒頻供電，磁鏈觀測(cè)非常準(zhǔn)確，能很好的解決這個(gè)問題，并能解決低速運(yùn)行不穩(wěn)的現(xiàn)象。（2）定子短封轉(zhuǎn)子變頻為單饋系統(tǒng)，無論轉(zhuǎn)速高低，變頻器整流和逆變均處于大負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，而雙饋系統(tǒng)在高速時(shí)轉(zhuǎn)差功率很小，整流側(cè)幾乎不進(jìn)行功率傳遞，損耗很小。因此，雙饋系統(tǒng)損耗較單饋系統(tǒng)小的多，整體效率高。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)●轉(zhuǎn)子變頻與定子短封變頻之比較

（3）由于繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓為非標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，國(guó)外通用低壓變頻器并不能完全匹配，因此必然要改變變頻器的正常運(yùn)行工況，使設(shè)備運(yùn)行存在著很大的安全隱患。而雙饋系統(tǒng)采用雙三電平背靠背主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能很好的適應(yīng)不同轉(zhuǎn)子電壓等級(jí)的需要。（4）通用變頻器一般采用兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，du/dt較三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大了近一倍，當(dāng)使用定子短封技術(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)較大的du/dt變化率會(huì)在定子側(cè)耦合出較高的感應(yīng)電壓，威脅定子絕緣。而我們的雙饋?zhàn)冾l采用雙三電平背靠背主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能很好的解決這個(gè)問題。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)●轉(zhuǎn)子變頻與定子短封變頻之比較

（5）通過我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，雙饋系統(tǒng)不但能達(dá)到很好的調(diào)速性能，其功率因數(shù)為1且可調(diào)，網(wǎng)側(cè)諧波在2%以下，大大低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。（6）為了節(jié)約成本，許多廠家在選擇變頻器時(shí)并沒有選擇真正意義上的四象限變頻器，而是使用了兩象限變頻器+制動(dòng)單元或是兩象限變頻器+自耦變壓器回饋方式，勉強(qiáng)實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。前者存在著調(diào)速不穩(wěn)的缺點(diǎn)，二者由于是被動(dòng)回饋且是兩電平方式，必然會(huì)存在諧波，對(duì)電網(wǎng)會(huì)造成很大的污染。而使用雙饋?zhàn)冾l，不但能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)意義上的四象限，而且能使諧波含量達(dá)到最小。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)2異步鼠籠機(jī)定子變頻

在鼠籠電機(jī)定子繞組引入背靠背三電平全控功率變換單元，通過調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速。其中CU1為定子繞組全控逆變單元，采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制技術(shù)，用于提供和速度控制相關(guān)的變壓變頻電源；CU2為定子繞組全控整流裝置，采用電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)定向矢量控制技術(shù)，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。礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)ASCS鼠籠電機(jī)定子變頻結(jié)構(gòu)

礦井提升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)概述中礦傳動(dòng)性能特點(diǎn)：

●應(yīng)用電壓：380V/660V/1140V/2300V/330