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摘 要：ACS6000中压交直交变频系统具有功率大、运行元件少、结构简单、可靠性高、响应速度快、功率因数为1、谐波小噪声低、对电网冲击小、能耗低等特点，且其控制、保护、操作、维护功能齐全，动态、静态控制性能优越，故障自诊断系统完善，查找故障简单方便，多重保护系统保证提升机系统安全可靠运行。
关键词：提升机 中压交直交变频系统 安全可靠
中图分类号：TD534 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（b）-0091-01
随着同煤集团千万吨矿井的建设，许多大功率、高效能的先进设备也不断地被引进，使我们的生产水平与国际水平接轨。麻家梁矿主井担负着矿井原煤的提升任务，是保证矿井生产能力的喉舌设备，其安全、可靠运行是保证产量的首要条件。
该设备采用落地式、摩擦式提升机，提升容器为45吨箕斗，提升高度595.8 m，井筒直径Φ9.0 m；提升机滚筒直径Φ5700 mm（重55.6t）；电机采用三相同步电机，功率7000 kW；额定提升速度13.73 m/s，加速度0.75 m/s2；制动系统采用14对制动器、两台液压站同时运行，互为热备用状态；主变压器（双绕组）为2500 kVA，高压：5000 V，低压3160 V。对于这样大功率的提升机，实现对其有效控制，确保提升机安全可靠运行至关重要。我们采用ABB公司ACS6027-A12-2S09型中压交直交变频系统，实现对提升机传动系统、控制保护系统、行程监视保护系统和操作维护系统的控制。
1 技术性能及特点
ACS6027-A12-2S09型中压交直交变频系统是连续输出直接转矩控制，适用于3-27兆瓦电机的转速及转矩控制的中压变频器，该系统可快捷方便地设计、计算、组态矿山提升机电控系统。
该系统供电电压3160 V，输出功率14000 kVA，电机轴带法兰与滚筒通过螺栓连接，采用12脉的传动系统控制。主要由以下几部分组成：
有源整流器单元（ARU）、逆变单元（INU）、电容器组单元（CBU）、水冷单元（WCU）、控制单元（COU）、励磁单元（EXU）。
该系统对提升机提升运行方式、安全状况及设备的监视进行控制，可实现提升机检修及过卷等恢复运行方式；针对过速、过卷保护在井筒内安装减速和过卷硬件保护裝置，作为软件的后备保护。具有以下特点。
（1）高安全性、低故障率、齐全的安全保护功能。（2）对位置、速度、转矩高质量精确控制，平滑无冲击运行。（3）专家故障诊断系统、快速纠错系统。（4）高效率、低维护，使设备运行成本较低。
2 性能比较
2.1 先进的交直交传动系统
（1）集成门极换流晶闸管IGCT的应用。
ACS 6000系统有源整流器单元（ARU）。内装集成门极换流晶闸管IGCT，用于四象限操作和较差的电网降低谐波。
集成化门极换流晶闸管IGCT是专为中压变频器开发的功率半导体开关器件，IGCT集绝缘门双极性晶体管（IGBT）的高速开关特性和门极关断晶闸管（GTO）的高阻断电压和低导通损耗特性于一体。IGCT的导通与关断是单独控制，中压变频器没有固定的开关频率。消除了传统PWM技术引起的噪音。
（2）直接转矩控制（DTC）。
直接转矩控制（DTC）是一种革命性的电机控制方法，无需使用脉冲编码器从电机轴端反馈的信息，就能精确控制电机转速和转矩。允许对所有的电机核心变量进行直接控制。
在DTC中，定子磁通量及转矩为主要的控制变量。电机状态的计算在先进的电机软件模型中通过高速数字信号处理器每秒更新40，000次（即每25微秒更新一次）。
DTC转矩阶越响应时间（50 Hz）为1～2 ms，而PWM磁通矢量为10～20 ms，标量控制超过150 ms。保证了高而稳定的产品质量、最小的原材料损耗以及最小的机械磨损。
DTC可以实现：无超调的高动态响应时间，精确的静态速度和转矩控制；平滑的输出电流波形实现最小的转矩纹波；低谐波曲线特性又低电机噪音。
（3）与传统交交变频传动比较具有的优势。
①传统的交交变频，变压器副边绕组结构非常复杂，总容量大，能耗高；而中压交直交变频结构精巧，总容量小，能耗低。②交交变频系统对母线电压冲击超过5%；而中压交直交变频小于1%。交交变频系统对电网造成的电压降是交直交变频系统的6～10倍。③交交变频系统的功率因素很低，从电网所需的视在功率远大于交直交变频系统，而中压交直交变频系统功率因素为1。④IGCT集成门极换流型晶闸管的应用使系统具有快速开关特性及较高的可靠性。⑤DTC直接转矩控制技术使系统具有快速转矩响应和高精度的控制。⑥尤其是对于临时电网（临时电网的容量普遍较小）时，ACS6000交直交传动显示出了更大的优越性。
2.2 过程控制系统采用基于工业IT技术的AC800M PLC控制器
提升机过程控制系统由以下部分组成：AC800M PLC系统；S800 I/O系统；继电器柜；低压配电柜、行程监控系统、信号系统。
AC800M控制器是控制系统的核心，是功能强大的控制器，可以挂接数千个I/O点，从CPU、通信模块到I/O模块的全面冗余功能；实现与操作员、工程师及管理人员之间通讯；支持多种现场总线标准：Profibus-DP、FF、Modbus等。
它高度的模块化结构，使系统可以进行灵活的配置。系统提供标准的OPC Server实时数据接口、支持IEC61131-3标准的5种编程语言、面向目标的编程方式、友好的编程组态工具、面向目标的项目管理功能及模块化的DIN导轨式安装，均显示出它的优越性。
2.3 细致的提升机行程监控系统
提升机行程监控系统由AC80 PLC系统、S800 I/O系统、继电器柜、低压配电柜等部分组成。对提升机提升容器在井筒中的位置、距井口的距离、速度、加速度进行全程监视，并有效进行过卷和过速保护。
2.4 实现全载半速功能
在两个整流单元、两个逆变单元、两个整流变压器、两个中压开关都正常的情况下，可以使用正常的全载全速功能。当提升机电控系统在两个整流单元、逆变单元或主变压器中的任意一个不工作的情况下，把电机的两个原来分别由两个逆变单元所带的定子绕组改为以串联的方式连接起来，由逆变单元驱动，实现全载半速运行。
3 结语
由此可见，ACS6000中压交直交变频系统具有功率大、运行元件少、结构简单、可靠性高、响应速度快、功率因数为1、谐波小噪声低、对电网冲击小、能耗低等特点，且其控制、保护、操作、维护功能齐全，动态、静态控制性能优越，故障自诊断系统完善，查找故障简单方便，多重保护系统保证提升机系统安全可靠运行。在确保提升机高效运行的同时，降低了操作维护人员的工作量，有很大的应用前景。
关键词：提升机 中压交直交变频系统 安全可靠
中图分类号：TD534 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（b）-0091-01
随着同煤集团千万吨矿井的建设，许多大功率、高效能的先进设备也不断地被引进，使我们的生产水平与国际水平接轨。麻家梁矿主井担负着矿井原煤的提升任务，是保证矿井生产能力的喉舌设备，其安全、可靠运行是保证产量的首要条件。
该设备采用落地式、摩擦式提升机，提升容器为45吨箕斗，提升高度595.8 m，井筒直径Φ9.0 m；提升机滚筒直径Φ5700 mm（重55.6t）；电机采用三相同步电机，功率7000 kW；额定提升速度13.73 m/s，加速度0.75 m/s2；制动系统采用14对制动器、两台液压站同时运行，互为热备用状态；主变压器（双绕组）为2500 kVA，高压：5000 V，低压3160 V。对于这样大功率的提升机，实现对其有效控制，确保提升机安全可靠运行至关重要。我们采用ABB公司ACS6027-A12-2S09型中压交直交变频系统，实现对提升机传动系统、控制保护系统、行程监视保护系统和操作维护系统的控制。
1 技术性能及特点
ACS6027-A12-2S09型中压交直交变频系统是连续输出直接转矩控制，适用于3-27兆瓦电机的转速及转矩控制的中压变频器，该系统可快捷方便地设计、计算、组态矿山提升机电控系统。
该系统供电电压3160 V，输出功率14000 kVA，电机轴带法兰与滚筒通过螺栓连接，采用12脉的传动系统控制。主要由以下几部分组成：
有源整流器单元（ARU）、逆变单元（INU）、电容器组单元（CBU）、水冷单元（WCU）、控制单元（COU）、励磁单元（EXU）。
该系统对提升机提升运行方式、安全状况及设备的监视进行控制，可实现提升机检修及过卷等恢复运行方式；针对过速、过卷保护在井筒内安装减速和过卷硬件保护裝置，作为软件的后备保护。具有以下特点。
（1）高安全性、低故障率、齐全的安全保护功能。（2）对位置、速度、转矩高质量精确控制，平滑无冲击运行。（3）专家故障诊断系统、快速纠错系统。（4）高效率、低维护，使设备运行成本较低。
2 性能比较
2.1 先进的交直交传动系统
（1）集成门极换流晶闸管IGCT的应用。
ACS 6000系统有源整流器单元（ARU）。内装集成门极换流晶闸管IGCT，用于四象限操作和较差的电网降低谐波。
集成化门极换流晶闸管IGCT是专为中压变频器开发的功率半导体开关器件，IGCT集绝缘门双极性晶体管（IGBT）的高速开关特性和门极关断晶闸管（GTO）的高阻断电压和低导通损耗特性于一体。IGCT的导通与关断是单独控制，中压变频器没有固定的开关频率。消除了传统PWM技术引起的噪音。
（2）直接转矩控制（DTC）。
直接转矩控制（DTC）是一种革命性的电机控制方法，无需使用脉冲编码器从电机轴端反馈的信息，就能精确控制电机转速和转矩。允许对所有的电机核心变量进行直接控制。
在DTC中，定子磁通量及转矩为主要的控制变量。电机状态的计算在先进的电机软件模型中通过高速数字信号处理器每秒更新40，000次（即每25微秒更新一次）。
DTC转矩阶越响应时间（50 Hz）为1～2 ms，而PWM磁通矢量为10～20 ms，标量控制超过150 ms。保证了高而稳定的产品质量、最小的原材料损耗以及最小的机械磨损。
DTC可以实现：无超调的高动态响应时间，精确的静态速度和转矩控制；平滑的输出电流波形实现最小的转矩纹波；低谐波曲线特性又低电机噪音。
（3）与传统交交变频传动比较具有的优势。
①传统的交交变频，变压器副边绕组结构非常复杂，总容量大，能耗高；而中压交直交变频结构精巧，总容量小，能耗低。②交交变频系统对母线电压冲击超过5%；而中压交直交变频小于1%。交交变频系统对电网造成的电压降是交直交变频系统的6～10倍。③交交变频系统的功率因素很低，从电网所需的视在功率远大于交直交变频系统，而中压交直交变频系统功率因素为1。④IGCT集成门极换流型晶闸管的应用使系统具有快速开关特性及较高的可靠性。⑤DTC直接转矩控制技术使系统具有快速转矩响应和高精度的控制。⑥尤其是对于临时电网（临时电网的容量普遍较小）时，ACS6000交直交传动显示出了更大的优越性。
2.2 过程控制系统采用基于工业IT技术的AC800M PLC控制器
提升机过程控制系统由以下部分组成：AC800M PLC系统；S800 I/O系统；继电器柜；低压配电柜、行程监控系统、信号系统。
AC800M控制器是控制系统的核心，是功能强大的控制器，可以挂接数千个I/O点，从CPU、通信模块到I/O模块的全面冗余功能；实现与操作员、工程师及管理人员之间通讯；支持多种现场总线标准：Profibus-DP、FF、Modbus等。
它高度的模块化结构，使系统可以进行灵活的配置。系统提供标准的OPC Server实时数据接口、支持IEC61131-3标准的5种编程语言、面向目标的编程方式、友好的编程组态工具、面向目标的项目管理功能及模块化的DIN导轨式安装，均显示出它的优越性。
2.3 细致的提升机行程监控系统
提升机行程监控系统由AC80 PLC系统、S800 I/O系统、继电器柜、低压配电柜等部分组成。对提升机提升容器在井筒中的位置、距井口的距离、速度、加速度进行全程监视，并有效进行过卷和过速保护。
2.4 实现全载半速功能
在两个整流单元、两个逆变单元、两个整流变压器、两个中压开关都正常的情况下，可以使用正常的全载全速功能。当提升机电控系统在两个整流单元、逆变单元或主变压器中的任意一个不工作的情况下，把电机的两个原来分别由两个逆变单元所带的定子绕组改为以串联的方式连接起来，由逆变单元驱动，实现全载半速运行。
3 结语
由此可见，ACS6000中压交直交变频系统具有功率大、运行元件少、结构简单、可靠性高、响应速度快、功率因数为1、谐波小噪声低、对电网冲击小、能耗低等特点，且其控制、保护、操作、维护功能齐全，动态、静态控制性能优越，故障自诊断系统完善，查找故障简单方便，多重保护系统保证提升机系统安全可靠运行。在确保提升机高效运行的同时，降低了操作维护人员的工作量，有很大的应用前景。