變頻概述-20110603講課

中礦傳動礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述

徐州中礦大傳動與自動化有限公司徐志鷗二零一一年六月中礦傳動

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)傳動技術(shù)概述中礦傳動●

普通多繩摩擦式提升機(jī)

礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動●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：（1）摩擦輪——電動機(jī)轉(zhuǎn)子（2）主軸裝置——電動機(jī)定子礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動中礦傳動特殊提升機(jī)（1）單繩摩擦式提升機(jī)應(yīng)用場合：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)傳動技術(shù)概述中礦傳動中礦傳動二提升機(jī)拖動系統(tǒng)

1拖動系統(tǒng)分類●按電流的種類分，可以分為交流拖動和直流拖動兩大類。

●按電動機(jī)的數(shù)量分，有單機(jī)拖動和雙機(jī)拖動兩大類?！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)傳動技術(shù)概述中礦傳動2提升機(jī)的運(yùn)行特點提升機(jī)的運(yùn)行具有周期性，是一個位勢負(fù)載。電動機(jī)存在兩種運(yùn)行狀態(tài)：電動狀態(tài)和制動狀態(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)傳動技術(shù)概述中礦傳動3提升機(jī)對電控系統(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；

●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)傳動技術(shù)概述中礦傳動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，負(fù)載由理想空載增加到額定值所對應(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)傳動技術(shù)概述中礦傳動4礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀三個階段（1）交流拖動（TKD系統(tǒng)）（2）直流拖動（F-D機(jī)組，晶閘管變流）（3）交流拖動（變頻）礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動直流拖動和交流拖動之比較（1）交流電機(jī)比直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、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。對于井下要求防爆的場合，直流電機(jī)就無法勝任。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動（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），都可以實現(xiàn)自保護(hù)，對于器件故障的保護(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)場維護(hù)人員的素質(zhì)和經(jīng)驗去判斷，對維護(hù)造成很大的不便利。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動三直流拖動系統(tǒng)

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

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

礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動2、可控硅整流器-電動機(jī)拖動裝置這種拖動裝置利用可控硅整流器的直流電壓向提升電動機(jī)供電，電動機(jī)的電樞和磁場均可它來供電，因為直流電壓可通過控制角均勻調(diào)節(jié)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速便可以得到均勻改變而達(dá)到無級調(diào)速。電動機(jī)的換向可分為電樞換向和磁場換向兩種方式。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動V-M系統(tǒng)優(yōu)點：

動作速度快，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：對電網(wǎng)無功沖擊大，高次諧波會影響電網(wǎng)電壓。12脈動整流器：

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的兩個獨立交流電源（可借同一整流變壓器的兩個不同的閥側(cè)繞組供電），相位控制可以采用簡單的等同控制原則。

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

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，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)傳動技術(shù)概述中礦傳動

根據(jù)組合方式的不同，可分為串聯(lián)12脈動和并聯(lián)12脈動。串聯(lián)時某一組變流裝置故障時可實現(xiàn)全載半速，并聯(lián)時某一組變流裝置故障時可實現(xiàn)半載全速。值得注意的是在選擇并聯(lián)12脈動時必須適用兩個電抗器和兩個直流快開。一般情況下推薦使用串聯(lián)12脈動，尤其是在主井，如果采用并聯(lián)12脈動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脈動還可以實現(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)傳動技術(shù)概述中礦傳動

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ASCS系列全數(shù)字直流電控調(diào)速

礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動（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)傳動技術(shù)概述中礦傳動（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速度自動調(diào)節(jié)；④電樞電流自動調(diào)節(jié)；⑤磁場電流自動調(diào)節(jié)；⑥預(yù)設(shè)電流限制值。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動●實現(xiàn)電樞回路和磁場回路的各種故障保護(hù)，如:

①磁場變壓器超溫；②磁場整流橋快熔熔斷；③磁場過電流；④磁場回路對地漏電；⑤磁場可控硅交流阻尼熔絲斷；⑥磁場可控硅過熱；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)傳動技術(shù)概述中礦傳動（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PLC執(zhí)行操作程序，并實現(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)信號處理后分為立即施閘、井口施閘、電氣制動和報警四類，送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報警系統(tǒng)報警并施閘。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回路。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動●

行程監(jiān)控部分由一臺PLC、兩個軸編碼器(一個裝在滾筒上，另一個裝在導(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)換成脈沖信號送入PLC，經(jīng)PLC中的軟件計算后處理成罐籠在井筒中的位置和在線速度，送到操作臺監(jiān)視器顯示。（4）操作臺和監(jiān)視器

操作臺由左操作臺、右操作臺和指示臺三部分構(gòu)成。左操作臺上有制動手柄、高壓送電按鈕、磁場送電按鈕、快開控制按鈕、安全復(fù)位按鈕、緊停按鈕、燈試驗按鈕、閘試驗按鈕、過卷旁通按鈕等；右操作臺上有主令操作手柄、工作方式選擇開關(guān)、控制方式選擇開關(guān)和信號聯(lián)絡(luò)按鈕等；指示臺左側(cè)為監(jiān)視器，指示臺上有深度指示器、重要操作信號和故障信號指示燈以及運(yùn)行參數(shù)顯示儀表。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動交流拖動交流電機(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)。現(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)子電動機(jī)串級調(diào)速和雙饋電動機(jī)調(diào)速⑤變極對數(shù)調(diào)速⑥變壓變頻調(diào)速等

礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動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，是評價調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。從這點出發(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)傳動技術(shù)概述中礦傳動●

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）?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價值。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動●

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。其中變極對數(shù)調(diào)速是有級的，應(yīng)用場合有限。只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動態(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)傳動技術(shù)概述中礦傳動●

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)傳動技術(shù)概述中礦傳動2TKD系統(tǒng)簡介

這種方式的原理是在繞線異步電動機(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，在減速段投入動力制動或是低頻制動，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)傳動技術(shù)概述中礦傳動TKD系統(tǒng)的缺點（1）調(diào)速性能差，起動和減速運(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，不符合國家節(jié)能減排的要求。（3）速度不能平滑調(diào)節(jié)，因而對機(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)致爬行段時間過長，影響提升效率。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動電力變換的類型礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動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。每兩組全橋內(nèi)一臺整流變壓器供電，為電機(jī)提供單相交流電源。

礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述

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

為了提高驅(qū)動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)傳動技術(shù)概述中礦傳動交-交變頻電壓和電流輸出波形礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動

●交-交變頻的優(yōu)點（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，提高了變頻器性價比和抗過載能力。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動

●交-交變頻的缺點（1）系統(tǒng)比較復(fù)雜，特別是對于雙繞組，器件使用多。而且每一相都需要獨立隔離電源，使得變壓器數(shù)目增多。（2）對電機(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，必然會影響調(diào)速性能。（3）功率因數(shù)低，尤其是低速運(yùn)行時，需要適當(dāng)補(bǔ)償。（4）頻率輸出范圍窄，一般在15Hz以下，對于低速直聯(lián)同步機(jī)比較適用，而對于高速電機(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，效果也不會好。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動

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。相對與交-交變頻來說，它具有結(jié)構(gòu)簡單，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。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)傳動技術(shù)概述中礦傳動兩電平變頻器

這種方式在每個橋臂上只有一個開關(guān)器件，每相輸出只有兩種電平，即和0。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動多管串聯(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)傳動技術(shù)概述中礦傳動單元級聯(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機(jī)驅(qū)動、大功率電源、大功率有源濾波器等場合礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動級聯(lián)多電平高壓變頻器的優(yōu)缺點

優(yōu)點：采用單元化結(jié)構(gòu)設(shè)計，將多個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：較難實現(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)用場合。系統(tǒng)功率器件數(shù)量眾多，如對每個獨立的直流電源配置前端全控整流以實現(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，故障點多，可靠性一般。

礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動中點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個功率器件，每個橋臂可輸出1、0、-1三個電平。在相同的輸出電壓等級的情況下，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)傳動技術(shù)概述中礦傳動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)傳動技術(shù)概述中礦傳動三電平和兩電平之比較礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動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電機(jī)沖擊減小，延長電機(jī)使用壽命。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動

五ASCS三大變頻產(chǎn)品

徐州中礦大傳動與自動化有限公司在交流傳動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)子雙饋變頻，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勢的電路相連接，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)傳動技術(shù)概述中礦傳動

在雙饋調(diào)速工作時，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)或外接電動勢相連，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交流電動勢。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動雙饋調(diào)速的功率傳輸（1）轉(zhuǎn)差功率輸出狀態(tài)

異步電動機(jī)由電網(wǎng)供電并以電動狀態(tài)運(yùn)行時，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，以拖動負(fù)載運(yùn)行。

礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動雙饋調(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，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)傳動技術(shù)概述中礦傳動轉(zhuǎn)子附加電勢的作用異步電機(jī)運(yùn)行時其轉(zhuǎn)子相電動勢為：轉(zhuǎn)子相電流的表達(dá)式為：

礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述有了附加電勢后相電流為：

中礦傳動礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動礦井提升機(jī)傳動技術(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勢，則可使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。所以，在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個可控的附加電動勢，就可調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。

中礦傳動●

ASCS雙饋變頻構(gòu)成

礦井提升機(jī)傳動技術(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，可對網(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)對電網(wǎng)造成的影響可忽略不計。中礦傳動●

ASCS提升機(jī)雙饋變頻系統(tǒng)框圖礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動●

雙饋變頻的性能特點轉(zhuǎn)矩：啟動、低速運(yùn)行時，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及制動轉(zhuǎn)矩，大大縮短了加減速及爬行段的時間。調(diào)速性能：矢量控制可實現(xiàn)類似直流拖動控制系統(tǒng)的優(yōu)良調(diào)速性能，實現(xiàn)無級調(diào)速。系統(tǒng)能自動高精度地按設(shè)計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；減速時電氣制動減速，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)傳動技術(shù)概述中礦傳動●

雙饋變頻的性能特點諧波：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，在實現(xiàn)高性能調(diào)速的前提下，可對整流網(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突出優(yōu)點是電機(jī)在調(diào)速的同時能夠獨立調(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)傳動技術(shù)概述中礦傳動●轉(zhuǎn)子子雙饋變頻與高壓變頻之比較（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，正常使用八個月左右就要更換。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)子雙饋變頻器采用兩個高性能聚丙脂電容，壽命可達(dá)20萬小時，壽命是電解電容的20倍。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動●轉(zhuǎn)子子雙饋變頻與高壓變頻之比較（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，對于風(fēng)機(jī)、水泵類不變負(fù)載有一定的使用范圍，但對于提升機(jī)之類的位勢負(fù)載，其轉(zhuǎn)矩特性以及動態(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)子雙饋變頻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。（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)傳動技術(shù)概述中礦傳動●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)子磁鏈難以觀測準(zhǔn)確，影響控制效果。雙饋變頻采取定子磁鏈定向，因定子是恒壓恒頻供電，磁鏈觀測非常準(zhǔn)確，能很好的解決這個問題，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)傳動技術(shù)概述中礦傳動●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，國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，轉(zhuǎn)子側(cè)較大的du/dt變化率會在定子側(cè)耦合出較高的感應(yīng)電壓，威脅定子絕緣。而我們的雙饋變頻采用雙三電平背靠背主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能很好的解決這個問題。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動●轉(zhuǎn)子變頻與定子短封變頻之比較

（5）通過我們在現(xiàn)場的應(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，大大低于國家標(biāo)準(zhǔn)。（6）為了節(jié)約成本，許多廠家在選擇變頻器時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+制動單元或是兩象限變頻器+自耦變壓器回饋方式，勉強(qiáng)實現(xiàn)四象限運(yùn)行。前者存在著調(diào)速不穩(wěn)的缺點，二者由于是被動回饋且是兩電平方式，必然會存在諧波，對電網(wǎng)會造成很大的污染。而使用雙饋變頻，不但能實現(xiàn)主動意義上的四象限，而且能使諧波含量達(dá)到最小。礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動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)電動勢定向矢量控制技術(shù)，在提供穩(wěn)定直流電壓的同時，可對網(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)傳動技術(shù)概述中礦傳動ASCS鼠籠電機(jī)定子變頻結(jié)構(gòu)

礦井提升機(jī)傳動技術(shù)概述中礦傳動性能特點：

●應(yīng)用電壓：380V/660V/1140V/2300V/330