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华飞GBP高压变频器在越南煤矿提升机的应用
作者：葛伟钊 徐智锴
来源：《山东工业技术》2016年第18期
摘 要：变频系统的改进是目前提升机领域技术水平提高和降低能耗的显著有效的方法。本文对提升机高压变频器速度调节整体系统的原理和结构进行了研究，同时结合越南提升机变频改造的应用，介绍了华飞公司GBP系列新型回馈技术的四象限矢量高压变频器，在煤炭提升领域上的应用情况。
关键词：高压变频器；矢量控制；低频回馈；矿井提升机 DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.061 1 引言
随着越南工业现代化进程的不断提升，其煤矿设备的更新换代正快速进行。在煤矿的多种传动设备中，矿井提升系统是最重要、且耗能最大的设备之一。提升机的整个运行过程的可靠与否直接影响了其产能，并直接关系到煤矿的安全生产水平，因此矿井提升机改造成为矿井设备改造的主要对象之一。
华飞公司从2009年开始为越南煤矿提升机变频改造服务，先后在下龙湾和锦普的东北矿、宏泰矿、统一矿等多个煤矿进行了提升机高压变频改造，GBP型四象限高压变频器在越南煤矿取得了良好的应用效果，深得越南用户的认可。 2 转子串电阻调速存在的问题
与中国相似，越南煤矿提升机系统在未升级改造前，其调速方法多采用老式的交流串电阻的方式，此种技术相对较落后，且存在较多问题，具体如下：
① 由于提升机的特性需频繁启停，此种方式带来了大量热量的产生；
② 串电阻系统的控制接线比较复杂，在长期的稳定性上存在致命的问题，发生故障时缺乏诊断功能；
③ 因其需要频繁启停，在机械结构方面会有很大的损伤； ④ 老式的调速方式，精度较低，控制方式较为粗矿；
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⑤ 因其控制的粗矿性，副井上人员乘坐的舒适性不高； ⑥ 电机因其控制和操作的弊端，寿命会大大减小。
针对以上多方面的弊端和诟病，对次系统进行变频改造是不二选择。 3 GBP四象限高压变频器特点及优势
GBP四象限高压变频器是焦作华飞电子电器股份有限公司生产的新一代低频回馈矢量控制型高压变频调速器，高压变频器功率单元的数量6kV为15个，10kV为24个。功率单元经串联叠波升压后，三相输出Y接，中性点悬浮，得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。其系统原理及拓扑结构如下图1所示。
GBP四象限高压变频器主要构成及特点如下：
（1）免维护型变压器。GBP高压变频器所用移相变压器采用性能较为稳定的干式变压器，绝缘等级较高，对于温度的耐受度较高，变压器的主要功能是对高压进行降压整流后，为副边的单元提供隔离的电源。
（2）能量回馈单元模块。回馈模块是变频系统的大脑，能量回馈单元模块采用整流回馈环节+直流环节+逆变环节系统化的结构，每个单元模块内都具有回馈电路、滤波电路和逆变电路。
与一般变频器生产厂家不同，GBP四象限高压变频器功率单元采用独特的低频回馈技术，整机能量回馈效率更高，自身损耗更低，谐波含量更小，体积更小，寿命更长。 （3）控制系统——矢量控制。我们公司研发的矢量控制技术，基于电流环和速度环的双层调节，可以实现电机启动的大转矩，并不会出现过流的情况，并能使绞车进行悬停，能够更加稳定的对传动系统进行调节，使得电机能够运行在最佳状态。
矢量控制的优点：速度调节范围1000：1，调速最大精度0.01%，对转矩的控制更加灵敏，启动转矩可以更大，达到国内外的先进水平。采用DSP芯片进行控制，使得高压变频器可实现电机参数自整定，对各个参数进行监视，并能完成故障的锁定。
GBP四象限高压变频器引起的电网谐波电压和谐波电流在负载典型电源阻抗下，总电流谐波失真小于1.00 %，对应的电压失真小于1.00%，优于标准IEEE Std 519-1992，以及GB/T 14549-93对谐波含量的要求，可以使我们的设备和其他设备都稳定运行。GBP系列高压变频器的输入功率因数>0.98，不再需要任何设备进行补偿，变频器输出波形如下图2所示： 4 现场改造效果
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GBP型四象限高压变频提升机系统改造效果如图3所示：
改造后，高压变频器成功应用于现场提升机，解决了原串电阻调速系统的各种弊端，优势如下：
① 不用消耗更多的热量，对能源是一种很大的节约； ② 不再应用电刷等器件，也不用以后再进行维护；
③ 实现了软启动、软停车，减少了机械冲击，延长设备使用寿命； ④ 调速更加的稳定，对于机械方面的冲击大大减小；
⑤ 整个系统的运行非常平滑，对于副井的人员升降舒适性大大提高； ⑥ 维护上大大降低了工作量，对矿方人员是一个大的解放； ⑦ 在保护方面更加完善并具有远程服务的功能。
采用变频调速系统后，电机转子被完全短接，避免了原来转子串联电阻产生的大量的功率消耗，节能效果明显，平均节能率高达30%左右。
以500kW电机主井绞车系统为例，电机定子额定电流61A，额定电压6kV，年运行天数300天，单钩运行时间120S，加速时间15S，减速时间15S，满载运行，每天提升量按500钩计。
交流串电阻调速年耗电量：=2860210kWh。 每度电按0.5元计算，年电费约为：143万元。 高压变频调速年耗电量：=2380973kWh。 同样每度电按0.5元计，年电费约为：119万元。 高压变频改造后每年可节约电费24万元。
当提升量增加时，每年节约电费也将增加，当高压变频器应用于副井改造项目时，每年节约电费至少是主井的2倍，同样以500kW电机算，每年至少节约电费48万元。变频器按100万计算，主井需要4年收回改造成本，副井约需要2年收回改造成本。 5 总结