采煤机变频器

采煤机变频器技术交流2021-12-05交流调速系统概略

交流传动与控制技术是目前开展最为迅速的技术之一，这是和电力电子器件制造技术、变流技术控制技术以及微型计算机和大规模集成电路的飞速开展亲密相关。

二十世纪50年代末开场，电气传动领域中进展着一场重要的技术革命—将原来只用于恒速传动的交流电动机实现速度控制，以取代制造复杂、价钱昂贵、维护费事的直流电动机。

进入二十世纪七十年代后，当现代控制实际、新型大功率电力电子器件、新型变频技术以及微型计算机数字控制技术等在实践运用中相继获得了重要进展的时候，才为交流电动机调速技术的飞跃发明了一个坚实的根底。一、变频原理1、变频的作用★对交流异步电动机进展调速交流异步电机的转速公式为:

n=〔1-S〕n1=(1-S)60f1/P

其中:f1:定子供电电源频率

P:定子绕组极对数

S:转差率

n1:电机同步转速

从以上公式可以看出，在其它参数不变的情况下,电机的转速与供电电源的频率成正比,因此经过改动电机供电电源的频率可以改动电机的转速。2、变频器的定义变频器也称之为变频调速器，是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源转换为另一频率的电能控制安装。3、变频调速的原理变频调速是经过变频器向电机的定子输出一个电压，其频率可以延续地改动，从而到达调速的目的。采用变频调速的异步电动机的机械特性如以下图所示：

4、变频器的分类►按变换环节分为：交-直-交变频器、交-交变频器►按直流环节的储能方式分为：1〕电流型变频器：储能元件是电感线圈2〕电压型变频器：储能元件是电容器►按控制方式分为：1〕v/f控制变频器用电压/频率恒定控制,其控制原理基于处理变频器变频的同时又变压,坚持磁通不变的控制实际,即Ｖ/ｆ=常数,称为ＶＶＶＦ。这是一种经过转差补偿到达转矩提升的控制方法。目前通用的变频器多采用电压/频率恒定控制,其技术成熟,价钱廉价。2〕矢量控制变频器矢量控制(victorcontrol)的变频器,它以交流电机的双轴实际为根据,在同步旋转坐标中把定子电流矢量分解为2个分量,一个分量与转子磁链矢量重合,称为励磁电流分量;另一个与转子磁链矢量垂直,称为转矩电流分量,经过控制定子电流矢量在旋转坐标系的位置及大小,即可控制励磁电流分量和转矩电流分量的大小,仿照直流电动机那样对磁场和转矩进展控制。3〕直接转矩控制变频器它避开了矢量控制中的2次坐标变换及求矢量的模与相角的复杂计算任务量,而直接在定子坐标系上计算电动机的转矩与磁通,经过转矩控制,使转矩呼应时间控制在一拍以内,无超调,控制性能比矢量控制还好。5、变频技术概念、定义、称号

►AC-DC，把交流电变为直流电，称为整流。►DC-AC，把直流电变为交流电，这是整流的逆过程，称为逆变。►AC1-AC2，把一种方式的交流电变为另一种方式的交流电。假设变换前后频率不变，称为交流调压，假设变换前后频率变化，称为变频。►DC1-DC2,对直流电压的大小进展变换，称为斩波。

6、交-直-交变频器的构造

整流电路逆变电路中间环节电动机控制电路～～～交-直-交变频器构造框图各组成部分功能变频器的根本构造由整流电路、中间直流环节、逆变电路和控制电路组成。►整流电路：利用电子器件的单导游电开关特性，构成输出单一方向电流的电力变换电路，从而将输入的交流电能转换为输出的直流电能。整流电路分为可控整流电路和不可控整流电路两种。对于三相变频器普通采用三相桥式构造。不可控整流电路由功率二极管组成，整流输出的直流电压与电源电压成正比，不能随意调理。不可控整流电路简单，另一优点是输入电流和电源电压根本可坚持同相位。可控整流电路由晶闸管或IGBT组成，可以由外部的触发信号控制其导通时间，从而改动输出电压。

►中间直流环节：滤波、储能。滤波元件决议电源方式无论是哪种方式的整流电路，其输出电压和电流假设不加处置都有一定的动摇，必需对其进展滤波才干提供应逆变器运用。对整流输出的滤波是中间环节的一个重要义务。滤波元件可以是电容，也可以是电感，在整流电路的输出端并联电容进展滤波使逆变器的输入相当于接一个电压源，这种变频器因此叫做电压源型变频器。假设在整流电路的输出端串联电感滤波，逆变器输入端相当于接电流源，变频器也因之叫做电流源型。电压源型滤波器电容的容量都很大，普通为多个电解电容串并联组成，所以在设备刚接通电源时会产生很大的瞬间充电电流，为限制这个电流，可采用多种措施，如下图：

►逆变器：有规律的控制逆变器中主开关器件的通和断，把直流电能调整成恣意频率的三相交流电输出。►控制电路：控制电路是给异步电动机供电的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路〞，主电路的“电压、电流检测电路〞，电动机的“速度检测电路〞，将运算电路的控制信号进展放大的“驱动电路〞，以及逆变器和电动机的“维护电路〞组成。7、国内外交流变频电牵引采煤机的开展情况

采煤机由最初的液压牵引开展到交流电牵引，而后随着电力电子器件制造技术、变流技术控制技术以及微型计算机和大规模集成电路的飞速开展，目前采用ＩＧＢＴ逆变的变频器可将鼠笼型电机的启动转矩提升到额定转矩的2倍。这种全数字式的通用变频器具有很强的控制才干,即使不用测速反响,也能使鼠笼型电机具有较硬的机械特性和快速正反转才干。80年代末,煤矿井下也开场在采、掘、运等主要设备调速上采用变频器。如采煤机的牵引电机、提升机、绞车、井下用通风机、水泵及带式保送机电机的调速等。牵引拖动有“一拖一〞和“一拖二〞两种方式。

我集团公司目前运用的电牵引采煤机主要是由鸡西煤机厂和西安煤机厂消费，这两家采煤机牵引电机的变频控制均采用ABB变频器ACS800系列，并在该型号变频器原有的根底上进展了二次改造，由风冷改为水冷方式。变频器为水冷构造,其整流模块与逆变模块均安装在公用的散热铝板上,铝板与腔体底面水冷壁严密接触(中间由导热脂传送热量)。正常运用时,变频器产生的热量由水冷壁带走。使变频器的散热问题得到了良好的处理。ACS800变频器运用了最先进的控制算法直接转矩控制〔DTC〕，可以准确的控制功率器件的每一次开关，相对于矢量和标量控制，可以减少冗余的开关次数，能效更高，满足高精度的控制要求。直接转矩控制算法是ABB变频器的中心。ACS800壁挂式风冷构造经采煤机厂家改装后的卧式水冷构造8、ACS800变频器主电路

压敏电阻板RVAR:在工业环境中，输入维护板可以用于交换RRFC板。

压敏电阻接地点压敏板压敏电阻电流互感器MOS管续流二极管IGBT触发充电接触器充电电阻电解电容均压电阻充电接触器压敏电阻电解电容均压电阻电流互感器IGBT各部件作用1〕进线电容电抗器组。主要作用是提高输入侧的功率因数，滤掉电网及回馈时的谐波，要留意安装时电容要接在牵引变压器与电抗器之间。2〕进线压敏电阻进线压敏电阻，可以抑制瞬态过电压，起到维护变频器的作用。3〕电流互感器大部份变频器都是用的霍尔电流互感器，用来检测电流，从而计算过流，缺相，接地等缺点。4〕IGBTIGBT是绝缘栅双极型晶体管的缩写，IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点。5〕吸收电容主要吸收高次谐波。各部件作用6〕充电电阻它的作用是在上电的时候限制整流回路的充电电流及对滤波电容的冲击，当电容充电完成后接触器动作，电阻被旁路。7〕电解电容为滤波电容，变频器功率越大，电容的容量就越大，滤波电容的耐压普通是450V，由于380V级的变频器整流滤波后的电压是600V，所以两并两串后耐压就可以到达900V。8〕均压电阻一是作放电电阻，关机后将电容上的电尽放放掉，另一个是均压，坚持滤波电容上的电压相等。

9、ABB控制电路►主板：电机控制和I/O板〔RMIO〕+24VDC电源2路用于现场总线的并联端口现场总线I/O扩展脉冲编码器新的可选件系列PPCC-link=串口通讯与RINT通讯控制盘衔接器模拟I/O2路电流输入1双极性电压输入2路电流输出AI电气隔离数字输入6路可编程1固定为停车(启动互锁)两组隔离+24VDC3可编程继电器输出DDCS适配器衔接器DDCS适配器带4路通道PC衔接主从通讯►驱动板：集成的功率接口板*集成开关电源*集成整流及逆变门极驱动*电流电压AD转换*风机控制*接地检测►操作键盘CDP312R显示屏第一行显示形状10、电动机的四象限运转

众所周知，异步电动机有电动和制动两种任务形状，我们把电动机的转速和输出转矩用坐标的方式表示，X轴表示转矩，Y轴表示转速，当电动机转速和转矩方向一样时，电动机处于电动形状；当电动机转速和转矩方向相反时，电磁转矩为负，起到制动作用；电磁功率也为负，电动机处于发电形状。如以下图所示，第Ⅰ象限为电动机正转方向的电动形状，第Ⅱ象限为电动机正转方向的发电形状，第Ⅲ象限为电动机反转方向的电动形状，第Ⅳ象限为电动机反转方向的发电形状。这就是所谓电动机的四象限运转。消费机械在运转过程中需求快速的减速或停车，更有些设备在消费中要求坚持假设干台设备前后一定的转速差或者拉伸距，这就会产生发电制动的问题，使电动机运转在第二或第四象限。然而在实践运用中，由于通用变频器大多采用电压源的控制方式，其中间直流环节有大电容钳制着电压，使之不能迅速反向，另外交直回路又通常采用不可控制流桥，不能使电流反向，因此要实现回馈制动和四象限运动就比较困难。在变频调速系统中，电机的降速和停机是经过逐渐减小频率来实现的，在频率减小的瞬间，电机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的缘由，电机的转子转速未变。当同步转速V1小于转子转速V时，转子电流的相位几乎改动了180°，电机从电动形状变为发电形状；与此同时，电机轴上的转矩变成了制动转矩Te，使电机的转速迅速下降，电机处于再生制动形状。电机再生的电能P经续流二极管全波整流后反响到直流电路。由于直流电路的电能无法经过整流桥回馈到电网，仅靠变频器本身的电容吸收，虽然其他部分能耗费电能，但电容仍有短时间的电荷堆积，构成“泵升电压〞，使电流电压Ud升高。过高的直流电压将使各部分器件遭到损害。

因此，对于负载处于发电制动形状中，必需采取措施处置这部分再电能。下面论述的就是处置再生能量的方法，即能耗制动和回馈制动。11、变频器的能耗制动能耗制动采用的任务方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件，将再生电能耗费在功率电阻上来实现制动。这是一种处置再生能量的最直接的方法，它是将再生能量经过专门的能耗制动电路耗费在电阻上。转化为热能，因此又被称“电阻制动〞，它包括制动单元和制动电阻两部分。►制动单元

制动单元的功能是当直流回路的电压Ud超越规定的限制时〔如660V或710V〕，接通耗能电路，使电流回路经过制动电阻后以热能方式释放能量。制动单元可分内置和外置两种，前者适用于小功率的通用变频器，后者适用于大功率变频器或是对制动有特殊要求的工况中。从原理上讲，两者并没区别，都是作为接通制动电阻的“开关〞，它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。►制动电阻

制动电阻是用于将电机的再生能量以热能方式耗费的载体，它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种。前者采用外表立体波纹，有利于散热减小寄生电感量，并选用高阻燃无机涂层，可有效维护电阻丝不被老化，延伸运用寿命；后者耐气候性、耐震动性，优于传统瓷骨架电阻器，可广泛运用于高要求恶劣工控环境运用，易严密安装，易附加散热器，外型美观。►制动过程

能耗制动的过程如下：①当电机在外力作用下减速、反转时〔包括被拖动〕，电机即以发电形状运转，能量反响回直流回路，使母线电压升高。②当电流电压到达制动单元开的形状时，制动单元的功率管导通，电流流过制动电阻。③制动电阻耗费电能为热能，电机的转速降低，母线电压也降低。④母线电压降至制动单元要关断的值，制动单元的功率管截止，制动电阻无电流经过。⑤采样母线电压值，制动单元反复ON/OFF过程，平衡母线电压，使系统正常运转。11、变频器的回馈制动采煤机变频器常用的回馈制动是指回馈电网制动，是将直流母线上的再生电能回馈到交流电网，而要实现直流回路与电源间的双向能量传送，一种最有效的方法就是采用有源逆变技术，即将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。常见的做法是将整流桥的不可控器件二极管换为可控的IGBT。变频器正常任务时，整流器起到整流的作用；当需求回馈制动时，整流器由触发信号控制进展回馈逆变，将电能反送至电网，起到了逆变的作用。12、变频器的主从控制〔一拖一方式〕ACS800变频器的主/从功能是为多传动运用而设计的，其中系统由假设干个ACS800变频器驱动，同时电机轴经过齿轮、链条或传送带等相互耦合在一同。由于这种主/从功能，负载可以均匀地分配在传动单元之间。外部控制信号只与主机衔接。主机经过一个光纤串行通讯链路来控制从机。主机是典型的速度控制，其它传动单元跟随主机的转矩或速度给定。普通情况下：当主机和从机的电机轴经过齿轮、链条等进展刚性衔接时，从机应该采用转矩控制方式，以使传动单元之间不存在速度差别。13、变频器的维护功能►变频器的接地维护功能变频器的接地缺点维护，是变频器在运转过程中，一直监视电机和电机电缆的漏电和接地，接地缺点的检测是基于在变频器的输入端装有零序电流互感器，对接地维护走漏电流的的丈量，经过DSP数字信号处置器计算处置，判别能否有接地缺点发生，假设有接地缺点，变频器将立刻停顿输出。►变频器的过压维护功能变频器检测本身的直流母线，来判别供电电压能否过电压。过压极限整定值为1.3Umax，Umax是牵引变压器输出的最大值。牵引变压器的输出电压为380V，那么Umax=415V,这样过压极限值整定为1.3X415=540V，当牵引变压器的输出高于540V时，变频器经过直流母线判别为过压，给出缺点信号。系统的中文显示窗给出缺点缘由和处理方法。►变频器的欠压维护功能变频器检测本身的直流母线，来判别供电电压能否欠电压。欠压极限整定值为0.65Umix，Umix是牵引变压器输出的最小值。牵引变压器的输出最小电压为380V，那么Umix=380V,这样欠压极限值整定为0.65X380=247V，当牵引变压器的输出低于247V时，变频器经过直流母线判别为欠压，系统的中文显示窗给出缺点缘由和处理方法。►变频器的供电电源缺相维护功能变频器经过内部的输入缺相维护电路，经过检测中间电路的脉动添加来判别能否供电电源缺相，一旦有缺相发生，那么变频器停顿输出，同时系统中文显示窗显示缺点信息和处理方法。等缺点处置完成后，可按下复位按钮3秒钟后，进展缺点复位，才干进展正常牵引。►变频器输出短路维护功能变频器在运转和启动前，一直监视IGBT模块和电机电缆，一旦有短路发生，变频器以微秒级的速度封锁脉冲信号，使IGBT逆变桥制止输出。此时系统的中文显示窗显示缺点信息和处理方法。►变频器对电机的缺相维护功能变频器监视电机电缆的衔接形状，假设检测到某一相没有衔接，变频器将停顿输出，同时中文显示窗显示缺点信息和处理方法。►变频器对牵引电机的堵转维护变频器在牵引电机堵转时维护电机，当牵引电机堵转时，在超越电机堵转的时间内，变频器停顿输出，采煤机停顿牵引，中文显示窗显示缺点信息和处理方法。►变频器对牵引电机的过流维护变频器在牵引电机发生过流时，变频器停顿输出，采煤机停顿牵引，中文显示窗显示缺点信息和处理方法。二、变频器的常见缺点处置方法及本卷须知1、在判别变频器缺点前，确保给变频器提供电源2、断电检查快速熔断器，假设有一个快熔损坏，变频器应正常显示，只是在带负荷运转时报出电源缺相缺点，可改换快熔；假设两个快熔损坏，那么需求用万用表检查接线端子能否有接地缺点，检查作为电能储存器的电容组。不允许在不检查的情况下，直接改换快熔，能够再次损坏快熔。3、察看控制盘能否亮，假设有一个控制盘不亮，可采取互换控制盘和衔接线确认控制盘能否损坏。假设控制盘如下显示：CDP312(R)PANELVx.xx……...光标不断闪烁不停，可采取互换控制盘确认控制盘能否损坏，假设还是这样显示，可判别变频器主板损坏，改换变频器。假设互换完控制盘和衔接线，该变频器所衔接控制盘还是不亮，那么需求检查进线侧三个快速熔断器能否完好，假设完好，那么变频器RMIO控制板有问题，需求改换。

4、察看控制盘显示内容，警告和缺点显示分别如下：ACS800-01-0100-3ACS800-01-0100-3***WARNING******FAULT***DCBUSLIM(3211)MOTORSTALL(7121)5、变频器断电后，必需等待5分钟以上，以防止中间直流回路放电呵斥电击，并用万用表丈量每个输入端子和地之间的电压，以保证变频器安装放电终了。6、变频器在运转过程中，不允许在1分钟内延续三次切断电源，以防止变频器内的充电电阻因过流而烧毁，呵斥变频器不能任务。7、丈量牵引电机的绝缘时，必需把牵引电机和变频器的衔接电缆从电机端子拆下，否那么，有能够呵斥变频器内的IGBT模块永久性损坏。附录：变频器操作面板CDP312缺点显示信息变频器有完善的缺点自诊断和显示功能，系统运转时延续监视电机和变频器本身的形状，保证变频器不受损坏。1、变频器过温警告显示信息：TEMP缺点缘由：变频器安装内部过温，过温温度整定在115°C处理方法：检查变频器箱内环境温度条件。检查冷却水压力和流量能否正常。检查变频器底板水套能否被堵。检查变频器冷却底板与变频器箱底板能否严密结合。2、变频器输出过流显示信息：OVERCURRENT缺点缘由：变频器输出电流过流或电机、电缆发生短路，触发极限是3.5Ie。处理方法：检查电机负载，电机、电机电缆能否短路。检查电机和机械部件的衔接处。3、变频器输出短路显示信息：SHORTCURRENT缺点缘由：变频器输出过流。处理方法：检查电机和电机电缆。检查采煤机的机械行走部件和滑靴。4、变频器直流母线过压显示信息：DCOVERVOLT缺点缘由：变频器内部直流母线电压太大。处理方法：检查过压控制器设置能否正确。检查牵引变压器输出有无动摇或静态过压。检查减速时间。5、变频器输入电源缺相显示信息：SUPPLYPHASE缺点缘由：变频器内部中间直流电压振动，能够是主电路缺相，快速熔断器烧断，或是整流桥内部缺点引起。处理方法：检查供电电源能否缺相。检查变频器输入回路上的快速熔断器能否烧坏。6、变频器中间直流回路欠压显示信息：DCUNDERVOLT缺点缘由：变频器供电电源缺相，快速熔断器烧坏，或整流桥内部缺点损坏。欠压触发极限为0.65Umin。处理方法：检查牵引变压器能否正常任务。检查变频器输入端快速熔断器能否烧坏。7、变频器输出接地缺点显示信息：EARTHFAULT缺点缘由：电网不平衡。相应牵引电机、电机电缆或变频器内部缺点呵斥处理方法：检查电机和电机电缆。检查在变频器输出侧有无功率因数矫正电容或浪涌吸收安装。8、控制板缺点显示信息：I/OCOMM缺点缘由：变频器内部中的NAMC板通道CH1发生通讯缺点。电磁干扰变频器中的I/O控制板〔NIOC〕内部缺点。处理方法：检查NIOC和NAMC板之间的光纤衔接能否松动。检查NIOC和NAMC板之间的光纤能否完好。改换NIOC板。

9、变频器环境温度显示信息：AMBIENTTEMP缺点缘由：变频器内部的I/O控制板温度低于-5…0°C或高于+73…82°C。处理方法：检查冷却风机和冷却水流量。检查变频器冷却通道能否畅通。10、牵引电机堵转维护显示信息：MOTORSTALL缺点缘由：牵引电机堵转。能够是机械缺点、过载等引起。处理方法：检查牵引电机负载检查采煤机牵引部和滑靴。11、牵引电机缺相显示信息：MOTORPHASE缺点缘由：牵引电机缺相。牵引电机、电机电缆的损坏呵斥，也能够是变频器内部损坏呵斥。处理方法：检查牵引电机和电机电缆。检查变频器输出能否缺相。12、控制盘缺点显示信息：PANELLOSS缺点缘由：与变频器衔接的CDP312控制盘通讯缺点，处理方法：检查控制盘衔接器。重新衔接控制盘。检查PANELLOSSS相关参数。13、电机过温维护显示信息：MOTORTEMP缺点缘由：牵引电机过温或有过温趋势。能够由于电机过载，电机冷却条件不符合或错误的启动数据引起。处理方法：检查牵引电机的额定参数、负载情况和冷却条件。检查启动参数。14、电机辩识显示信息：IDMAGNREQ缺点缘由：需求