ACS6000中壓交直交變頻系統在大同煤礦集團公司麻家梁礦主井提升機的應用

摘 要：ACS6000中壓交直交變頻系統具有功率大、運行元件少、結構簡單、可靠性高、響應速度快、功率因數為1、諧波小噪聲低、對電網沖擊小、能耗低等特點，且其控制、保護、操作、維護功能齊全，動態、靜態控制性能優越，故障自診斷系統完善，查找故障簡單方便，多重保護系統保證提升機系統安全可靠運行。

關鍵詞：提升機 中壓交直交變頻系統 安全可靠

中圖分類號：TD534 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（b）-0091-01

隨著同煤集團千萬噸礦井的建設，許多大功率、高效能的先進設備也不斷地被引進，使我們的生產水平與國際水平接軌。麻家梁礦主井擔負著礦井原煤的提升任務，是保證礦井生產能力的喉舌設備，其安全、可靠運行是保證產量的首要條件。

該設備采用落地式、摩擦式提升機，提升容器為45噸箕斗，提升高度595.8 m，井筒直徑Φ9.0 m；提升機滾筒直徑Φ5700 mm（重55.6t）；電機采用三相同步電機，功率7000 kW；額定提升速度13.73 m/s，加速度0.75 m/s2；制動系統采用14對制動器、兩臺液壓站同時運行，互為熱備用狀態；主變壓器（雙繞組）為2500 kVA，高壓：5000 V，低壓3160 V。對于這樣大功率的提升機，實現對其有效控制，確保提升機安全可靠運行至關重要。我們采用ABB公司ACS6027-A12-2S09型中壓交直交變頻系統，實現對提升機傳動系統、控制保護系統、行程監視保護系統和操作維護系統的控制。

1 技術性能及特點

ACS6027-A12-2S09型中壓交直交變頻系統是連續輸出直接轉矩控制，適用于3-27兆瓦電機的轉速及轉矩控制的中壓變頻器，該系統可快捷方便地設計、計算、組態礦山提升機電控系統。

該系統供電電壓3160 V，輸出功率14000 kVA，電機軸帶法蘭與滾筒通過螺栓連接，采用12脈的傳動系統控制。主要由以下幾部分組成：

有源整流器單元（ARU）、逆變單元（INU）、電容器組單元（CBU）、水冷單元（WCU）、控制單元（COU）、勵磁單元（EXU）。

該系統對提升機提升運行方式、安全狀況及設備的監視進行控制，可實現提升機檢修及過卷等恢復運行方式；針對過速、過卷保護在井筒內安裝減速和過卷硬件保護裝置，作為軟件的后備保護。具有以下特點。

（1）高安全性、低故障率、齊全的安全保護功能。（2）對位置、速度、轉矩高質量精確控制，平滑無沖擊運行。（3）專家故障診斷系統、快速糾錯系統。（4）高效率、低維護，使設備運行成本較低。

2 性能比較

2.1 先進的交直交傳動系統

（1）集成門極換流晶閘管IGCT的應用。

ACS 6000系統有源整流器單元（ARU）。內裝集成門極換流晶閘管IGCT，用于四象限操作和較差的電網降低諧波。

集成化門極換流晶閘管IGCT是專為中壓變頻器開發的功率半導體開關器件，IGCT集絕緣門雙極性晶體管（IGBT）的高速開關特性和門極關斷晶閘管（GTO）的高阻斷電壓和低導通損耗特性于一體。IGCT的導通與關斷是單獨控制，中壓變頻器沒有固定的開關頻率。消除了傳統PWM技術引起的噪音。

（2）直接轉矩控制（DTC）。

直接轉矩控制（DTC）是一種革命性的電機控制方法，無需使用脈沖編碼器從電機軸端反饋的信息，就能精確控制電機轉速和轉矩。允許對所有的電機核心變量進行直接控制。

在DTC中，定子磁通量及轉矩為主要的控制變量。電機狀態的計算在先進的電機軟件模型中通過高速數字信號處理器每秒更新40，000次（即每25微秒更新一次）。

DTC轉矩階越響應時間（50 Hz）為1～2 ms，而PWM磁通矢量為10～20 ms，標量控制超過150 ms。保證了高而穩定的產品質量、最小的原材料損耗以及最小的機械磨損。

DTC可以實現：無超調的高動態響應時間，精確的靜態速度和轉矩控制；平滑的輸出電流波形實現最小的轉矩紋波；低諧波曲線特性又低電機噪音。

（3）與傳統交交變頻傳動比較具有的優勢。

①傳統的交交變頻，變壓器副邊繞組結構非常復雜，總容量大，能耗高；而中壓交直交變頻結構精巧，總容量小，能耗低。②交交變頻系統對母線電壓沖擊超過5%；而中壓交直交變頻小于1%。交交變頻系統對電網造成的電壓降是交直交變頻系統的6～10倍。③交交變頻系統的功率因素很低，從電網所需的視在功率遠大于交直交變頻系統，而中壓交直交變頻系統功率因素為1。④IGCT集成門極換流型晶閘管的應用使系統具有快速開關特性及較高的可靠性。⑤DTC直接轉矩控制技術使系統具有快速轉矩響應和高精度的控制。⑥尤其是對于臨時電網（臨時電網的容量普遍較小）時，ACS6000交直交傳動顯示出了更大的優越性。

2.2 過程控制系統采用基于工業IT技術的AC800M PLC控制器

提升機過程控制系統由以下部分組成：AC800M PLC系統；S800 I/O系統；繼電器柜；低壓配電柜、行程監控系統、信號系統。

AC800M控制器是控制系統的核心，是功能強大的控制器，可以掛接數千個I/O點，從CPU、通信模塊到I/O模塊的全面冗余功能；實現與操作員、工程師及管理人員之間通訊；支持多種現場總線標準：Profibus-DP、FF、Modbus等。

它高度的模塊化結構，使系統可以進行靈活的配置。系統提供標準的OPC Server實時數據接口、支持IEC61131-3標準的5種編程語言、面向目標的編程方式、友好的編程組態工具、面向目標的項目管理功能及模塊化的DIN導軌式安裝，均顯示出它的優越性。

2.3 細致的提升機行程監控系統

提升機行程監控系統由AC80 PLC系統、S800 I/O系統、繼電器柜、低壓配電柜等部分組成。對提升機提升容器在井筒中的位置、距井口的距離、速度、加速度進行全程監視，并有效進行過卷和過速保護。

2.4 實現全載半速功能

在兩個整流單元、兩個逆變單元、兩個整流變壓器、兩個中壓開關都正常的情況下，可以使用正常的全載全速功能。當提升機電控系統在兩個整流單元、逆變單元或主變壓器中的任意一個不工作的情況下，把電機的兩個原來分別由兩個逆變單元所帶的定子繞組改為以串聯的方式連接起來，由逆變單元驅動，實現全載半速運行。

3 結語

由此可見，ACS6000中壓交直交變頻系統具有功率大、運行元件少、結構簡單、可靠性高、響應速度快、功率因數為1、諧波小噪聲低、對電網沖擊小、能耗低等特點，且其控制、保護、操作、維護功能齊全，動態、靜態控制性能優越，故障自診斷系統完善，查找故障簡單方便，多重保護系統保證提升機系統安全可靠運行。在確保提升機高效運行的同時，降低了操作維護人員的工作量，有很大的應用前景。