淺析矢量控制高壓變頻器在礦井提升系統(tǒng)中的應(yīng)用

淺析矢量控制高壓變頻器在礦井提升系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：通過對淮北礦業(yè)集團公司某礦副井提升機矢量控制高壓變頻器的調(diào)試分析，簡要總結(jié)矢量控制VC系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整原理及方法。關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)矢量控制高壓變頻器提升機電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)一、前言隨著矢量控制高壓變頻器在礦井提升機領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)越來越得到廣大技術(shù)人員的認(rèn)可。然而，其所涉及到的空間矢量變換理論較為復(fù)雜，參數(shù)設(shè)置多，運行調(diào)整難度大。通過對煤礦提升機變頻改造的調(diào)試總結(jié)，整理了一下高壓變頻器參數(shù)設(shè)置的原理及意義。二、設(shè)備概述某礦提升機由洛陽礦山機械廠生產(chǎn)，型號JKM2.8×4,主電機為TR800-12/1430,功率為800kW,提升方式為立井雙勾，人物混合提升，所配電控系統(tǒng)為焦作華飛公司安裝的JTDK-ZN型交流提升控制系統(tǒng)，延續(xù)采用了傳統(tǒng)交流異步電機轉(zhuǎn)子串十級電阻調(diào)速模式。在2010年，在原有電控基礎(chǔ)上，增加了一套高壓變頻器控制系統(tǒng)，采用北京合康億盛公司的HIVERT-Y（T）VF系列矢量控制帶能量回饋高壓變頻器。原工頻與新安裝的變頻調(diào)速系統(tǒng)共用司機臺及PLC控制核心，高壓部分兩路供電，一路工頻，一路變頻。正常使用時為變頻系統(tǒng)，工頻系統(tǒng)做為備用。改造使用的高壓變頻器系北京合康億盛公司的HIVERT-Y（T）VF系列矢量控制帶能量回饋高壓變頻器，型號為HIVERT-YVF06/130，容量1250KVA，適配功率為1000kw。采用的主要技術(shù)有:功率單元串聯(lián)疊波、有速度傳感器的矢量控制、有源逆變能量回饋、速度和輸出電流雙閉環(huán)控制等。三、設(shè)備原理為了研究VC系統(tǒng)的工作原理，我們需要看下有關(guān)矢量控制變頻器的理論依據(jù)。1、矢量控制矢量控制的基本思想是:仿照直流電動機的調(diào)速特點，使異步電動機的轉(zhuǎn)速也能通過控制兩個互相垂直的直流磁場來進行調(diào)節(jié)?；驹硎峭ㄟ^測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量(勵磁電流)和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。簡單的說，矢量控制就是將磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦，分別設(shè)計兩者的調(diào)節(jié)器，以實現(xiàn)對交流電機的高性能調(diào)速。這樣就可以將一臺三相異步電機等效為直流電機來控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動態(tài)性能。異步電動機三相對稱定子繞組中，通入對稱的三相正弦交流電流ia、ib、ic時，則形成三相基波合成旋轉(zhuǎn)磁勢，并由它建立相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場Ψabc，其旋轉(zhuǎn)角速度等于定子電流的角頻率ωs。然而，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場不一定非要三相繞組不可，除單相外任意的多相對稱繞組，通入多相對稱正弦電流，均能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。具有位置互差90°的兩相定子繞組α、β，當(dāng)通入兩相對稱正弦電流iα、iβ時，則產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場Ψαβ，如果這個旋轉(zhuǎn)磁場的大小，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向與三相交流繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場完全相同，則可認(rèn)為兩套交流繞組等效。由此可知，處于三相靜止坐標(biāo)系上的三相固定對稱交流繞組，以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁場為準(zhǔn)則，可以等效為靜止兩相直角坐標(biāo)系上的兩相固定對稱交流繞組。勵磁繞組是在空間上固定的直流繞組，而電樞繞組是在空間中旋轉(zhuǎn)的繞組，電樞磁勢fa在空間上卻有固定的方向，通常稱這種繞組為“偽靜止繞組”，這樣從磁效應(yīng)的意義上來說，可以把直流電機的電樞繞組當(dāng)成在空間上固定的直流繞組，從而直流電機的勵磁繞組和電樞繞組就可以用兩個在位置上互差90°的直流繞組M和T來等效，M繞組是等效的勵磁繞組，T繞組是等效的電樞繞組，M繞組中的直流電流im稱為勵磁電流分量，T繞組中的直流電流it稱為轉(zhuǎn)矩電流分量。在旋轉(zhuǎn)磁場等效的原則下，α-β交流繞組可以等效為旋轉(zhuǎn)的M-T直流繞組，由于α-β兩相交流繞組又與a-b-c三相交流繞組等效，所以，M-T直流繞組與a-b-c交流繞組等效，，因此通過控制im、it就可以實現(xiàn)對ia、ib、iｃ的瞬時控制。因為用來進行坐標(biāo)變換的物理量是空間矢量，所以，將這種控制系統(tǒng)稱之為矢量變換控制系統(tǒng),簡稱VC系統(tǒng)。2、三相異步電動機坐標(biāo)變換異步電動機三相原始動態(tài)數(shù)學(xué)模型相當(dāng)復(fù)雜，分析和求解這組非線性方程十分困難。異步電動機數(shù)學(xué)模型之所以復(fù)雜，關(guān)鍵是因為有一個復(fù)雜的6╳6電感矩陣，它體現(xiàn)了影響磁鏈和受磁鏈影響的復(fù)雜關(guān)系。因此，要簡化數(shù)學(xué)模型，必須從簡化磁鏈關(guān)系入手，簡化的基本方法就是坐標(biāo)變換。任意對稱的多相繞組，通入平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，當(dāng)然以兩相最為簡單。由于兩相繞組相互垂直，消除了繞組間的互感，從而減少了繞組間的耦合。不同電動機模型彼此等效的原則是：在不同坐標(biāo)下所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢完全一致。（1）三相-兩相變換（3/2變換）在三相靜止繞組A、B、C和兩相靜止繞組α、β之間的變換，或稱三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系間的變換，簡稱3/2變換。四、應(yīng)用情況無級變速矢量變頻器的應(yīng)用，使提升機的五段速度運行的可控性能大幅度增加，調(diào)整設(shè)備運行技術(shù)參數(shù)更為簡捷。提升機在運行中加、減速平滑，降低了設(shè)備運行的沖擊力，人員乘坐平穩(wěn)，有效延長了設(shè)備的使用壽命，降低了維護量。正力提升的節(jié)能以及負(fù)力提升時再生發(fā)電，創(chuàng)造較大的經(jīng)濟效益。無級變速的啟動，降低了設(shè)備啟動時對電網(wǎng)的沖擊，提高了電網(wǎng)質(zhì)量。高壓矢量變頻控制系統(tǒng)保護功能齊全、靈敏，且與外部硬件緊密結(jié)合，使系統(tǒng)的控制達到最佳狀態(tài)，是傳統(tǒng)電阻調(diào)速控制方式所無法比擬的，國內(nèi)傳統(tǒng)的工頻控制系統(tǒng)能源浪費較大，控制效果差，隨著IGBT技術(shù)的發(fā)展，提升機使用矢量控制高壓變頻控制系統(tǒng)勢在必行。五、結(jié)束語隨著矢量控制高壓變頻器技術(shù)的進一步成熟，產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性的進一步提高，變頻器在煤礦提升機中的應(yīng)用，迅速推廣和發(fā)展起來。尤其是采用了再生制動方式的變頻器，使提升機在減速段或重物下放操作時變頻器能自動轉(zhuǎn)入發(fā)電反饋狀態(tài)，使制動更平穩(wěn)，操作更簡單；有速度傳感器的矢量控制的應(yīng)用，使得變頻器具有低頻轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速平滑、調(diào)速范圍廣、精度高、操作簡單的特點；同時諧波含量極少，符合國家對電網(wǎng)要求的國家標(biāo)準(zhǔn)等優(yōu)點。節(jié)能效果顯著。參考文獻：[1]劉美俊《變頻器應(yīng)用與維護技術(shù)