摘要：隨著煤礦企業(yè)不斷的集中化、規(guī)?；髽I(yè)對產(chǎn)量的要求也逐漸引起重視。提升產(chǎn)量需要保證整個提升系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中必須安全、可靠、高效率的運行。本文主要介紹大功率水冷型高壓同步速度矢量變頻器雙機聯(lián)動直驅在主井提升機上的應用。

1引言

在煤礦生產(chǎn)中，礦井提升機起著非常重要的作用，它是礦山生產(chǎn)的關鍵設備。目前在礦井提升系統(tǒng)中采用高壓變頻器進行傳動已成為主流，高壓變頻器在應用中帶來的系統(tǒng)安全，設備穩(wěn)定性的應用問題更加引起重視。高壓變頻器在實際應用中，除了要解決好變頻器的系統(tǒng)穩(wěn)定性，還要解決好變頻器本體的散熱問題，這是保障變頻器安全運行的重要部分。

目前國內高壓變頻器還是以風冷為主要散熱方式。隨著變頻器功率的增大，風冷散熱方式已經(jīng)滿足不了變頻器自身散熱的需求，而解決大功率變頻器散熱的問題，水冷散熱是目前最好的散熱方式。下文主要介紹合康變頻水冷型高壓變頻器雙機聯(lián)動直驅在內蒙古伊化礦業(yè)有限公司主井運行的情況。

2高壓變頻器簡介

HIVERT-T-VF系列高壓變頻器是合康變頻自主研發(fā)和生產(chǎn)的專業(yè)高性能傳動裝置。

變頻器采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術，因而具有很高的可靠性。6kV系列每相6個單元，下圖為6kV變頻器系列的主回路示意圖

變頻器矢量控制系統(tǒng)拓撲圖

變頻器采用矢量控制技術。矢量控制技術具有更好的運行特性，數(shù)字化控制，為系統(tǒng)帶來更好的動態(tài)響應、更高的控制精度、更高的可靠性，同時也提升整體效率。

矢量控制原理拓撲圖

功率單元采用IGBT進行同步整流。功率單元具有100%能量回饋能力。

功率單元主電路

功率單元采用水循環(huán)冷卻系統(tǒng)進行散熱，水循環(huán)系統(tǒng)分為內水循環(huán)和外水循環(huán)。水通過管道進入水冷板，將IGBT等功率元件的發(fā)熱傳遞給水后，由水帶走，進入板式換熱器，板式換熱器通過和外循環(huán)水換熱，熱量由外循環(huán)水帶走，為防止外部環(huán)境溫度引起變頻器內部有凝露現(xiàn)象產(chǎn)生，在水冷管道內加入加熱裝置。變頻器外部水溫低于25℃時，水冷系統(tǒng)會自動啟動加熱器，同時將散熱外水通過旁路管道直接回流，當水溫高于25℃時，自動關閉加熱器，根據(jù)溫度的大小，自動調節(jié)外水通過散熱板的流量，讓外循環(huán)水帶走內循環(huán)水的熱量。

功率單元水循環(huán)示意圖

3現(xiàn)場應用情況

內蒙古伊化礦業(yè)資源有限公司坐落于鄂爾多斯市烏審旗圖克鎮(zhèn)呼吉爾特鄉(xiāng)呼吉爾特礦區(qū)東南部。礦井設計生產(chǎn)能力10.0Mt/a，一期工程開鑿一號主立井，生產(chǎn)能力6.00Mt/a；二期工程生產(chǎn)能力達到10.00Mt/a，增加二號主立井。礦井最大提升速度13.00m/s，加、減速度a＝0.7m/s2,提升重量45t。

該礦井選用交流變頻同步電動機兩臺，雙機拖動。每臺電動機主要技術數(shù)據(jù)詳見參數(shù)表

主立井主電動機參數(shù)表

針對該礦井設計數(shù)據(jù)，我公司選用兩臺型號為HIVERT-TVF10-06/550水冷型高壓變頻器，該變頻器額定容量為8000KVA，適配3300KW電機。

現(xiàn)場采用兩臺獨立的變頻器分別驅動兩臺同步電機，兩臺電機共同直驅一個滾筒，相當于提升機功率提高一倍。兩臺變頻器之間光纖通訊，光纖通訊不受外界干擾，通訊速度高，能更好地實現(xiàn)轉速、轉矩控制，達到功率平衡。

在系統(tǒng)待機的情況下，兩臺變頻器可以進行主、從控制交替變換，即可以將主變頻器驅動改為從變頻器驅動，同時也可以將從機驅動改為主機驅動。雙電機聯(lián)動直驅提升系統(tǒng)的好處在于：當一臺變頻器或電機出現(xiàn)故障時，另一臺變頻器仍可以全載半速運行，為煤礦的不間斷生產(chǎn)提供保障。(如下圖)

提升機系統(tǒng)圖

變頻器內部最大的熱量來源是功率單元部分，功率單元內部使用大量的電子元器件，而影響電子元器件使用性方面，散熱是重要一環(huán)。大功率元器件在使用過程中會產(chǎn)生很大熱量，將導致芯片溫度的升高，如果沒有適當?shù)纳岽胧?，就可能使芯片溫度超過最高允許溫度值，從而導致器件性能的惡化以致?lián)p壞。所以選擇適當?shù)纳岱绞?，并進行合理設計，是使器件的潛力得到充分發(fā)揮。

現(xiàn)場結構建筑為井塔式，井塔結構相對封閉，變頻器設備放置在八樓九樓變頻器室，空間相對緊湊?，F(xiàn)場為主井，主井主要負責提升煤，粉塵污染比較嚴重。

采用風冷卻對變頻器進行降溫，對變頻室要求比較高。變頻器室須有進風口以及出風口，變頻器從進風口吸進溫度較低的氣流，經(jīng)過變頻器內部，經(jīng)渦流風機排除。在此過程中吸進的空氣中會帶有部分粉塵，粉塵進入變頻器會對變頻器造成污染甚至造成變頻器故障，在出風口處溫度會升高，容易對渦流風機造成傷害。室內溫度不能高于40度，否則容易造成變頻器功率單元超溫跳閘。（如下圖）

風冷循環(huán)示意圖

水循環(huán)分為內水循環(huán)和外水循環(huán)（如下圖）

水循環(huán)系統(tǒng)圖

現(xiàn)場運行圖

內循環(huán)系統(tǒng)功率單元IGBT等器件直接安裝在水冷散熱板上，產(chǎn)生的熱量由內循環(huán)水帶走，進入板式換熱器，板式換熱器通過和外循環(huán)水換熱，把熱量由外循環(huán)水帶走，冷水進入單元水冷板繼續(xù)循環(huán)。

外水循環(huán)系統(tǒng)將內水板式換熱器熱量帶走，經(jīng)過外水板式換熱器通過風機冷卻，再將冷水通過調節(jié)閥送回內水循環(huán)系統(tǒng)，從而達到對功率單元進行降溫。

冷卻系統(tǒng)雙泵互為備用，防止單泵故障引起系統(tǒng)停機；去離子水離子濃度檢測功能，離子超標報警；冷卻系統(tǒng)壓力檢測，超標報警；冷卻系統(tǒng)溫度檢測，超標報警。

水循環(huán)冷卻系統(tǒng)運行顯示參數(shù)如圖

內水循環(huán)

外水循環(huán)

現(xiàn)場兩臺變頻器由一臺控制系統(tǒng)通過PLC進行控制，聽從控制系統(tǒng)的指令來完成啟動、停止、加速、減速等工況。（如下圖）

控制系統(tǒng)圖

運行取線圖

由上圖可以看出兩電機運行電流曲線擬合在一起，在整個運行周期內，兩電機電流相等，輸出力矩一致。運行周期曲線中加速段，恒速段，減速段兩電機電流曲線變化相同，即兩變頻器運行輸出電流相等。提升負載整個運行周期內，兩電機恒磁，兩同步電機運行電流、電壓、勵磁電流相等，從而保證兩電機輸出力矩功率平衡。

目前我公司HIVERT-TVF10-06/550水冷型高壓變頻器，在現(xiàn)場已經(jīng)穩(wěn)定運行，公司采用水冷結構設計，體積小，冷卻效率高，并且采用水冷結構設計，變頻器維護簡單、維護量少、周邊環(huán)境對變頻器影響小，在實際應用中所表現(xiàn)出優(yōu)異的性能、高可靠的穩(wěn)定性。

4結束語

綜上所述，此次大功率水冷高壓變頻器的方案在內蒙古伊化礦業(yè)成功運行，滿足了生產(chǎn)工藝的特殊要求，為高壓變頻器在新的應用領域又邁進了堅實的一步。該項目從設計、結構、原理、實驗等方面在現(xiàn)場得到充分驗證，在合康變頻未來的發(fā)展中具有重要意義。