Goodrive3000变频器在矿井提升机上的应用
发布时间：2022-11-02点击量： 1463
摘 要：相比于传统的转子回路串电阻控制方式，采用变频器调速的矿井提升机，不仅可以实现软启动、软停车，减轻对电网的冲击；并且能够输出合适的功率降低能量损耗，能够将提升机下放时产生的能量以电能的形式回馈电网。英威腾Goodrive3000四象限变频器已经成功应用于多个煤矿的提升机系统。
关键词：GD3000 1140V 提升机 变频器 四象限 三电平
一、引言
矿井提升机是矿井运输的主要环节，主要任务是提升井下的矸石、煤和废石，同时还要运送人员、设备和材料。因此矿井提升机工艺对电气传动的要求是很高的，主要表现在：提升机电气传动的可靠性，不仅关系到矿井的生产能力和生产计划管理，而且直接关系到井下每个矿工的生命安全，电控设备的任何故障都可能造成人身事故和整个矿井停产；必须满足提升机力图要求并能在四象限平滑运行；能够频繁进行正向、反向、启动、运行、停车、制动，能按一定的速度图运行。
图1. 山东张集煤矿
二、 现场设备及运行工况分析
2.1 现场设备参数
矿井提升机技术参数 | ||
电机型号 | 电机功率 | 电机绝缘等级 |
YBR 400M-8 | 132kW | F |
供电电压 | 电机额定转速 | 额定电流 |
1140V | 740r/min | 85 |
2.2 现场设备工况
无极绳绞车应用示意图如图3所示，现场照片如图4所示：
一方面，1140V进线经过照明开关柜、综合保护柜后接入200kW四象限变频器，经过变频控制输0~400Hz（0~1140V）交流电驱动电机运行，带动滚筒旋转，从而拉动钢丝绳往复运动。安装在2~3km长轨道上的矿斗借助钢丝绳的拉力沿轨道前进或者后退，并以此来运送货物。
另一方面，控制台触摸屏和按钮指令经过PLC柜逻辑处理后由RS485通讯传递至变频器控制板，并以此实现对运行速度和运行方向的控制。
图3. 无极绳绞车应用示意图
与普通绞车应用相比，无极绳绞车滚筒直径和长度均大幅度减少，其钢丝绳张力通过巧妙的机械悬重结构保持恒定。另外其环形钢丝绳的连接结固定到矿斗底部，在轨道首末位置处还设有限位开关。
图4. 无极绳绞车应用现场照片
图4. 系统电气框图
现场1303轨顺外段供电系统如图5所示，可以看出三中车场1-2-22移变不仅为132kW无极绳绞车负载供电，还包括30kW水泵、45kW的JH-30电机负载、两个11.4kW的JD-1电机负载以及60kW的风机负载供电。
2.3 绞车对变频器的要求
* 可实现电机的软启动、软停车；
* 可以实现电机无级调速，电流冲击小，加、减速过程平滑；
* 优异的低频转矩特性，能实现重载正常启动；
* 过载能量强，满足现场的复杂工况；
* 具有能量回馈功能，适合提升机的下放及其他能量回馈的场合；
* 变频器具备模拟量、开关量、通讯等接口，与控��箱通讯；
* 具有过压，过流，缺相，过载，过温等多种保护功能；
* 操作简单，方便提升机司机操作；
三、变频器配置方案
3.1 无极绳绞车驱动方案
提升机电机为132KW/1140V，根据现场坡度，采用英威腾GD3000系列200KW/1140V四象限变频器驱动。下图为电气拓扑示意图：
图5. Goodrive3000系统拓扑图
200KW/1140V四象限变频器输入侧配置LCL滤波回路，变频器与控制箱的开关量、模拟量信号通过I/O端子连接，变频器输出侧直接与提升机电机连接；
提升机的运行、停止、正反转、速度给定、系统的急停、抱闸的控制等都通过司机控制台给到PLC，PLC再根据其控制算法转变成相应的信号去控制变频器和抱闸，从而来控制提升机。变频器整流和逆变的运行由PLC端子控制，速度给定由PLC通过模拟量给定。抱闸控制由PLC控制液压站来进行抱闸。
该方案的优势及GD3000产品特点：
* 通过电机慢速启动和停机带动提升机缓慢启动和停机，实现了提升机的软启动、软停车，大大减小了机械冲击；
* 变频器具备PWM整流功能，可实现能量回馈，满足提升机下放功能；
* 低频转矩特性优异，可能够实现重载启动；
* 过流点为2.2倍额定电流，过载能力强；
* 变频器配置了485、CAN、以太网等通讯方式，方便与PLC通讯，实现实时控制；
* 整流器与逆变器采用全新的三电平拓扑结构，功率因数可达1，实现绿色变频；
* 具有过压，过流，缺相，过载，过温等多种保护功能；
* ±15%的宽电网设计，满足矿井下恶劣的电网环境；
3.2 变频器选型
结合无极绳绞车现场应用情况，我司选型如下：
型号 | 额定输入电压（Vac） | 额定输出功率（KW） | 额定输出电流（A） |
GD3000-11-200G-12 | 1140 | 200 | 128 |
四、客户现场具体使用效果
4.1 现场使用效果
变频器在矿井现场运行良好，满足现场的工况要求，如下图为变频器运行现场及波形。
图6. 变频器正常启动波形
4.2 结束语
英威腾中压Goodrive3000系列四象限变频器在矿井提升机的成功应用，为提升机的安全稳定工作提供了技术保障。该产品能够满足提升机的工况及特殊要求，增强了提升机在运行过程中的平稳性和舒适感，同时节能效果显著，可大大提高煤矿的自动化程度。
参考文献：
[1] 《GD3000变频器产品说明书》深圳市英威腾电气股份有限公司
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