ASCS,6系列绕线机双三电平转子变频调速系统在鹤煤三矿的应用

本文采用ascs-6系列绕线机双三电平转子变频调速系统对副井提升机电控进行技术改造。重点介绍系统构成、工作原理等。技术改造使提升机操作和维护更加简单方便，提高了系统运行的稳定性和安全性。

0 前言

副井提升是煤矿生产运输过程中的关键环节之一。而鹤煤三矿副井提升机电控系统还使用着比较落后的采用“绕线转子电动机+转子串电阻调速+低频拖动”交流提升电控装置。在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，频繁的启动和制动工作过程，也会使转子串电阻调速产生相当严重的能耗；转子串电阻调速控制电路复杂，接触器，电阻器，绕线电机电刷等容易损坏，影响煤矿安全生产，导致生产成本的增加。电气传动技术至关重要，其性能的优劣和可靠性的高低，直接关系到矿井能否安全生产运行问题。

1 原绞车电控系统运行中存在的问题

鹤煤三矿副井提升电控系统采用2007年洛阳源创电气设备有限公司的TKD-NT系列提升绞车电控系统，采用转子串联电阻调速和低频制动低速运行。电控装置设备多，占地面积大，调速不平滑，对设备冲击大，故障较多，耗电高。调速方式不但精度低、保护单一，爬行速度不易控制，而且在重物下放操作时，需动力制动和转子电阻配合操作，全凭司机的经验和感觉，很难准确控制，安全性能差。针对上述问题，我们必须对副井绞车电控进行改造。

2 改造方案

选用徐州中矿大传动与自动化有限公司生产的ASCS-6绕线电机双三电平转子变频调速系统。

1）保留原电控系统，新增加一套变频电控系统，新老系统完全独立并可随时通过切换装置切换。

2）选用目前技术最先进的变频器，具有安全可靠、结构简单、故障率低、维护方便等特点。

3）对现有的PLC控制系统进行升级，升级为具有极高的处理速度，强大的通讯性能和卓越的CPU资源裕量的西门子S7-300PLC，并采用双PLC冗余控制。

4）升级安全保护回路，除由两个软件安全回路以外，还由继电器构成一套提升机硬件安全保护回路。对关键环节采用三重或多重保护，多条安全回路之间互相冗余，保证设备高效、安全运转。

5）该系统具有欠电压、过负荷、防过卷、防过速、限速、闸间隙、松绳、信号与控制系统闭锁、深度指示器失效、减速功能等保护功能。防止过卷、过速、限速、减速功能保护设备为相互独立的双线性保护，配套电气制动。井底、井口、绞车信号实现链锁功能，上下井口安装工业电视监视器。

3 系统改造内容

1）新增一台高压开关柜、一台整流变压器给新变频器供电；

2）新增一套变频器：包括调节柜、变流柜、进线电抗器；

3）新增一台PLC柜：整合系统各个部分之间配合工作；

4）新增操 作台：为做到新老系统完全独立，作为司机操作新系统的平台，显示系统各部分的运作状态；

5）新增一台低压配电柜：为新系统提供低压电源；

6）新老系统切换柜：可方便快速切换新老系统；

7）传感器部分：将信号反馈到本系统，包括编码器、井筒开关等。

4 ASCS-6绕线电机双馈转子变频调速系统的组成、工作原理及特点

4.1 系统组成

ASCS-6系列电控设备系统结构包括定子侧控制系统和转子侧控制系统。其中，定子侧包括：高压柜和换向柜；转子侧由高压柜、变压器、电抗器、切换柜、交流柜、PLC柜、低压柜、操作台、上位机等组成。

4.2 工作原理

该变频调速系统工作原理是：采用以“背靠背”双三电平的交-直-交主回路拓扑结构实现交流绕线电机转子变频矢量控制，同时配以高性能DSP为核心的数字化技术对逆变器进行控制，实现电机运行的数字化速度闭环调节；采用可编程控制器（PLC）自动完成提升系统全过程控制、安全保护和人机对话等控制功能，实现提升机的位置控制，达到提升机全自动运行的目的；利用上位机实现提升系统监视、诊断，并通过局域网连接实现资源共享，从而提高矿井生产现代化管理水平。此系统采用PWM整流控制对变换器的有源前端进行控制，减小了网侧电流谐波，在实现能量双向流动的同时实现网侧单位功率因数，消除了系统对电网的谐波污染。

交流绕线电机由兰州电机厂制造，在转子变频矢量调速装置的控制下，作为提升机的驱动源。

主回路采用“背靠背”的双三电平交-直-交结构，其中，三电平的有源前端采用Yy0作为整流变压器；逆变器侧则直接接至电机端。

如图1所示，本系统在绕线电机转子侧引入全控功率变换单元，通过控制转差功率进行调速，其中CU1为全控逆变单元，用于提供与转子电势同频率的变压变频电源，CU2为全控整流单元，在提供稳定直流电压的同时，可对网侧功率因数和谐波进行调节和补偿，使系统对电网造成的影响可忽略不计。

全数字转子变频矢量控制系统采用完全自主研发的高性能调节柜进行控制，通过与主控PLC通信和自行开发的控制软件，完成提升机速度控制。

操作台上配备上位机人机界面装置，通过与PLC系统建立点对点通信，综合整个提升系统的运行参数和运行状态，进行信息管理。

5 使用绕线机双三电平转子变频调速系统优点

经过副井绞车绕线机双三电平转子变频调速系统2013年6月至今的运行情况，绞车运行速度曲线平滑，加减速调整方便、快速、有效。克服了原有缺点，表现出显著的优点：

1）启动、制动平稳，对设备无冲击，延长使用寿命；

2）低速爬行平稳，定位精度高；

3）自动化程度高，操作简单，降低操作人员劳动强度，改善操作环境；

4）具有自诊断功能；

5）控制部件采用模块化结构，具有很好的维护性和可扩展能力；

6）能实现四象限运行，出现负力可自动投入发电反馈制动，提高系统安全性，提高运输能力，降低运行费用，大大减少故障时间，提高经济效益；

7）使用高压变频为主、低压变频为备的绞车电控调速系统，明显提高了副井绞车运行可靠性。

6 应用效果

副井实施变频技术改造以后，运行质量、安全性和可靠性大大提高，运行质量提高，技术性能达到了国内先进水平。由于采用了高压变频控制技术，整个运行过程平稳，无级调速，乘坐舒适，减少了机械的冲击，延长了设备使用寿命，产生了非常可观的经济及社会效益。