双机联动直驱方案在矿井提升机上的应用(2)

四、蒙大矿业双电机联动直驱的应用

(一) 变频器的选型

根据提升机系统运行数据计算单台变频器的最大功率，最大正常运行负载40吨，电机角速度4.71弧度/秒，加速时间16.8秒，双侧空箕斗运行时提升系统总变位质量317848kg;计算步骤如下：

通过以上运算，我们选用两台变频器的型号为：HIVER-TVF 10-06/500，其中单台变频器输出电流为500A，容量5000kVA，输入电压10.5kV，输出电压6kV，满足现场工况需求。

(二)两台变频器的现场控制

一台控制系统控制两台变频器，使其适应提升机的各种工作情况，变频器按照预定的指令实现起动、运行、减速、低速爬行、停车、制动等。提升机电控系统与两台变频器的电气连接，如图10。

在提升机系统全速全载运行中，变频器1与变频器2同时驱动两台同步电机带动滚筒转动，电机尾部装有测速机，测试电机运行速度并反馈给电控系统，提升箕斗满载40吨时，速度是11.78m/s，加速度是0.7m/s2 ，每台变频器的输出电流为250A，电压5980V;当全载半速运行时，即用单台变频器驱动单台同步电机带动滚筒转动，提升箕斗满载40吨时，速度是5.6m/s，加速度是0.2m/s2 ，变频器的输出电流为500A，电压3700V。保证了当一台变频器或电机出现故障时，另一套驱动系统可以全载半速运行，使故障的驱动系统迅速投入检修状态。

图10 提升机电控系统、变频器、电机的电气连接

每台变频器与电控都有输入信号、输出信号。

变频器输入信号：1、合闸允许 2、分闸信号 3、模拟给定(4~20mA) 4、正向启动 5、反向启动 6、远程复位;

变频器输出信号：1、频率输出(4~20mA) 2、电流输出(4~20mA) 3、运行指示 4、主从切换 5、故障输出;两台变频器之间通过光纤进行通讯，如图10。

(三)现场全速全载运行曲线

如图11、12左侧，曲线含义由左至右分别为：

A、 白色，BLX，提升机运行速度保护线;

B、 蓝色，give，提升机速度给定线;

C、 绿色，CS，1#电机测速机速度反馈线;

D、 黑色，GBP，2#电机测速机速度反馈线;

E、 暗红色，m，箕斗深度指示曲线(0~590m);

F、 红色，1#A，1#电机电流曲线;

G、 黄色，1#A，1#电机励磁电流曲线;

H、 紫色，2#A，2#电机电流曲线;

I、 桃红色，2#A，2#电机励磁电流曲线;

由图可知，两变频器运行具备如下特性：

1、两变频器控制输出电流平衡：图中两电机运行电流曲线，E、F曲线拟合在一起，在整个运行周期内，两电机电流相等，输出力矩一致。运行周期曲线中加速段两电机电流最大360A，恒速段两电机电流260A，减速段两电机电流曲线变化相同，即两变频器运行输出电流相等。

2、电机励磁为恒励磁控制：见G与I曲线，提升负载整个运行周期内，两电机恒磁，励磁电流为320A，两同步电机运行电流、电压、励磁电流相等，从而保证两电机输出力矩功率平衡。

3、速度跟随性好：见C与D曲线，在加速段、恒速段、减速段，两速度曲线均拟合在一起，整个运行周期两电机运行速度大小相等，运行频率相同。

综上所述，当电控发出指令给主、从变频器时，变频器同时驱动两台大功率同步电机，在整个提升运行周期内，两同步电机的运行电流、运行速度相等、输出功率平衡。

图11 提升40t正向速度曲线

图12 提升40t反向速度曲线

(四)变频器输出电流、电压波形

现场变频器全速全载运行输出电流为250A，电压5980V，显示波形如图13。

图13电压电流同相位图(左)，电流图(右)

五、总结

一套电控系统控制两台变频器同时驱动两台同步电机，实现联动直驱的技术方案是首次应用于矿井提升机系统并一次性投运成功的案例。该项目从原理、结构、实验、数据分析到现场验证，充分证明同步矢量变频器联动直驱提升系统可以使电机驱动功率加倍，且单台出现故障时，另一台仍可以半速运行，保证了矿井提升系统的不间断生产。同时，变频器具备四象限运行、启动转矩大、恒转矩输出、调速范围宽、谐波小等特点，填补了国内相关技术空白，打破了国外垄断局面，为民族产业创新塑造了标杆工程，为合康变频迈向大功率提升系统奠定了坚实基础。