童立领
淮河能源控股集团煤业公司顾桥煤矿 安徽淮南 232100
摘要：煤炭作为我国主要能源来源，其安全高效生产对于能源安全至关重要，煤矿提升机作为煤炭开采运输的重要组成部分，担负着矿井上下人员快速安全运输的重要任务。机械化采煤装置的大规模使用进一步提高了煤矿生产效率和自动化水平，并极大地节省了人力物力，同时随着生产水平的提高，对控制系统的安全性和可靠性要求进一步提高，传统继电控制系统主导的控制系统难以满足生产需求，本文基于ACS6000变频器在煤矿提升机控制系统中的应用展开论述。
关键词：ACS6000变频器；煤矿提升机；控制系统；应用
引言
我矿提升机电力传动方案采用ABB公司的ACS6000sd交-直-交变频同步电动机直接转矩控制系统。传动系统采用ABB公司生产的ACS6000sd交-直-交同步电动机变频调整系统，ACS6000sd是基于直接转矩控制（DTC）技术的新一代交-直-交电压型中压变频器；功率范围从3MW到27MW。采用ACS6000sd的提升机传动系统，具有低谐波、低损耗的优点，无需滤波器来抑制谐波，无需无功补偿装置。无需熔断器、无需直流断路器，变压器功率减小，动力电缆截面减小，矩控制性能优越，设备占地面积小。
1ABB ACS6000多传动变频器工作原理
ABB ACS6000变频器系统主要由4个单元组成：1）辅助控制单元；2）进线单元；3）滤波单元；4）供电单元。其中辅助单元、滤波单元和进线单元是由断路器和接触器、集电器、电抗器组成，而供电单元是由控制板、功率模块组成。本文主要讨论当供电单元零件损坏时的维修策略。ABB ACS6000变频器在工作时主要由供电单元进行直流电的供应，直流电通过直流线母流向各逆变器，在此过程中供电单元和逆变器可以在发电的情况下进行四象限运行，实现逆变器的共享并通过供电单元将电送回电网。供电单元由四大部分组成，分别是电源板、主电路接口板、门极驱动板、功率模块。供电单元在运行时需要三块功率板并联使用，并分别匹配到匹配板上，逆变器运行中还需要电容器、电流互感器和风机元件的配合。在供电单元和逆变器模块外有一个控制单元，此单元是由控制板和接口板组成，其中控制板是核心部分，变频器的应用软件及其参数存储于此。接口板的功能是负责数据的接受和传输，并将控制单元输出的结果提供给门极驱动板。门极驱动板接收到信号后会将功率模块的直流电变成交流电，或将交流变成直流。各模块内部的连接部分均采用光纤进行连接，所以理清模块及控制单元的连接是变频器内部故障维修的基础。在此基础上测试各模块信号和元件是否正常工作，以查找故障原因。
2提升机运行方式
提升机的运行离不开矿井电网，通常在电网为50Hz频率的供电下进行工作，采用的是三相交流同步电机进行提升机转速的控制，转速一般维持在45r/min，通过同步电机的控制使得提升机的机械特性较为稳定。通常提升机在运行时应保持旋转磁场的同步转速与定子电源频率之间为线性关系。为了增加提升机的调速范围，通常采用为电压恒定模式，以恒压频比控制的方式对提升机进行调速。但是传统的调速方式消耗的能量过大，对于整体系统的散热性能造成了影响。因此，考虑采用带编码器的变频控制方式对电机的电流进行调节，从而达到对提升机调速控制的目的。
3变频器的选型及控制方案
变频器由控制盘、传动单元控制接口、电机侧变流器、直流电路和网侧变流器等部分组成，网侧变流器的作用是将交流电整流为直流电，将能量以直流电的形式存储在直流电路中，电机侧采用功率电子器件IGCT将直流电源逆变为频率可调的交流正弦电，这种全控型功率电子器件能够实现能量在电网和负载之间双向流动，因此可以实现提升机的四象限运行。ACS6000变频器是ABB公司推出的用于大型驱动系统的中压变频器,采用DTC与脉宽调制PWM技术结合,具有性能优越、效率高、运用广泛、运行稳定等多种优越点。电机、高压开关柜、变频器控制柜等安装完成后，需要对变频器进行参数设定，变频器的操作面板实质是一个输入输出单元，此输入输出的单元与变频器通过光纤通讯接口进行信息交互。变频器的操作面板上有显示屏、故障灯、运转灯、开关机键、数字键盘和复位键等，通过操作面板可以对当前电机进行识别、测试和优化。
4ACS6000变频柜组成
ACS6000多传中压变频器结构主要由以下单元构成：ARU1/ARU2/ARU3:整流单元。有源整流器单元是采用IGCT技术的4象限运行的自换相6脉波3相整流器，将电网交流电整流为可控直流电，并给直流电容充电。有源整流器单元可以组合成12脉波和24脉波系统，保证直流母线的电压平稳。VLU:电压限幅单元。在过压情况下，可以实时地对直流回路电容进行放电，降至额定电压水平。电压限制单元包括一组铸件功率电阻，由IGCT来控制投入和切除。电压限幅单元用于转矩要求精度很高地动态应用场合(典型的冶金和采矿行业应用)。CBU：电容组单元。用来平滑中间直流回路电压，并将整流器和逆变器解耦。是由直流电容器、充放电回路和接地开关组成。在变频器和主电网接通之前，充电回路对电容器进行充电，避免主回路断路器闭合时产生过大的浪涌电流损坏设备。在变频器停机时需要放电单元对直流回路电容器进行放电。INU1/INU2/INU3/INU4：逆变单元。将直流电压转变为交流电压驱动电机。逆变单元允许四象限运行。INU是自换流、6脉波和3电平电压型逆变器。ARU和INU的硬件组成基本上是相同的，唯一不同的是ARU比INU多两块ASE防磁饱和板，当整流侧出现大电流时，磁饱和装置将会起作用，同时使ACS6000变频柜跳电。EXU：励磁单元。用于同步电机的励磁供电；励磁变流器是一个标准6脉波晶闸管整流器，每个桥臂由串联的熔断器和带阻容吸收回路的晶闸管组成。WCU：水冷却单元。向主回路功率元器件提供内循环冷却水，将功率元器件产生的热量与外循环冷却水进行热交换，并对内循环冷却水进行不断的去离子化保证系统绝缘安全。通过以上变频柜介绍可以看出ACS6000变频柜设计优点在于柜体安装紧凑节约空间；整体采用公共直流母线方式既节能又高效；传动柜器件全部采用水冷降温不需要风机散热，从而保证了变频器的清洁度及良好绝缘。
结束语
目前开采过程的机械设备自动化程度在不断提高，煤矿行业已经迎来了自动化发展时代。尤其在煤炭开采过程中，各个机械设备采用的自动化装置有效地提高了开采的效率。其中提升机的自动化程度发展较大，在提升质量和运行速度方面均得到了较大的提高。提升机的自动化和数字控制技术的应用也在不断实施，提升了生产过程的精确控制性。提升机在进行技术发展的同时，也存在一定技术方面的缺陷。在承担物料输送、设备转移和人员运输方面的数字化程度还有待提高。为了进一步提高起重机在工作过程中的作业精确性，确保工作状态的稳定性，应对其调速装置系统进行深入的研究。采用变频控制技术，对提升机调速控制系统进行进一步的提升改造。以工业可编程控制系统提升运输效率，利用现有高速传播网络技术，提高调速装置的容量、范围宽度、功率因数，完善提升机的提升调速控制系统。
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