礦井提升機中變頻器的應用實例

　　工控摘要：礦井提升機是礦井重大安全設備之一，在整個生產(chǎn)過程中占有十分重要的地位。因此設備的安全可靠運行就尤為重要。過去設備存在不少不足，變頻器的加入將有效地彌補缺陷。
　　
　　一、提升機概述：
　　
　　我國提升機設備中，普遍使用TKD系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)是采用繼電器有觸點的邏輯控制，以磁放大器為核心組成模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)。在繼電器控制系統(tǒng)中，要完成一個控制任務，支配控制系統(tǒng)工作的“程序”是由各分立元件(繼電器、接觸器、電子元件等)用導線連接起來加以實現(xiàn)的，這樣的控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)。在接線程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改必須通過改變接線來實現(xiàn)。幾十年來，這種控制系統(tǒng)由于受元件水平的限制而存在著缺陷，突出表現(xiàn)在:
　　
　　（1）擋位調(diào)節(jié)，調(diào)速不連續(xù)，運行中機械振動大，礦車沖擊大，制動不安全；
　　
　　（2）啟動及換擋時沖擊電流大，啟動電流一般是額定電流的2-3倍，有時會更大，如果加速快，甚至會引起總開關跳閘；
　　
　　（3）調(diào)速時大量的電能消耗在電阻上，不但浪費嚴重，也造成工作環(huán)境的惡劣，空間噪聲大；
　　
　　（4）維修量大，不方便。由于操作時交流接觸器頻繁動作，易造成觸點及線圈的燒壞，轉(zhuǎn)子更換碳刷頻繁；
　　
　　（5）耽誤生產(chǎn)。礦井是連續(xù)24小時工作，生產(chǎn)量大，任務繁重，由于電控系統(tǒng)設計落后，制造工藝落后，即使維修，也會給生產(chǎn)帶來損失。
　　
　　二、變頻調(diào)速方案：
　　
　　2.1）礦井提升機變頻調(diào)速概況
　　
　　變頻調(diào)可平滑調(diào)速，調(diào)速范圍寬和節(jié)能等優(yōu)點在提升機上得到了廣泛的應用，礦井提升機一般對變頻器有以下要求：
　　
　　1．礦用電網(wǎng)波動較大，變頻器在380V±20%能正常工作。
　　
　　2．運行平穩(wěn)，加減速平滑，S型曲線加速段，在加減速過程中可做到加速度連續(xù)，無撞擊感。
　　
　　3．對回饋能量的處理方法：回饋制動或能耗制動。
　　
　　4．變頻器在整個工作過程中提供所需要的力矩特性：
　　
　　啟動力矩大于2倍額定轉(zhuǎn)矩，尤其是當?shù)V車停在井筒中間時，啟動轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩大得多。低頻轉(zhuǎn)矩在3Hz時大于1.6倍額定轉(zhuǎn)矩。
　　
　　5．有足夠的加速力矩，適應重車提升時的加速過程。
　　
　　6．運行過程中由于道軌不平整或滾筒偶爾出現(xiàn)鋼絲繩絞繩，會引起電機力矩的跳變，變頻器能承受這種跳變。
　　
　　7．運行過程中若出現(xiàn)偶然事件，要求快速停車時能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動力矩，這時會有較大的能量饋送給變頻器。
　　
　　8．停車狀態(tài)下，能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動力矩，防止重車下滑。
　　
　　2.2）變頻調(diào)速改造方案
　　
　　此次改造的提升機為TKD型單繩纏繞式礦井提升機，原系統(tǒng)配置為2m滾筒，采用單鉤式，礦井為豎井，井深400m，提升重量為10噸，電機為380V/200KW/8級繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機，電機減速比20，制動方式為液壓站盤型制動器。系統(tǒng)改造配置為SH-ZTK-BP操作臺，變頻器為V560250KW，制動單元為BR-DR-5HA280KW(客戶自配)，制動電阻為3Ω/200KW。
　　
　　礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由操作臺、變頻系統(tǒng)、液壓站、潤滑站、安全保護和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如下。
　　
　　變頻器控制示意圖系統(tǒng)工作原理：當司機聽到開車信號時，按下啟動按鈕，PLC控制將380V動力電源接入變頻器。再松開液壓制動閘并將主令控制器推到正向（或反向），提升機開始運行。在提升過程中，控制提升機運行的主速度給定S形速度曲線由PLC編程產(chǎn)生，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動變頻器工作；對變頻器輸出頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，由操作臺速度控制手柄以輔助給定的方式進行控制。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機的轉(zhuǎn)速，并將此信號傳送給可編程控制器，PLC通過該信號可以累計計算提升機的速度及行走距離，監(jiān)視器可以時時顯示提升機速度和位置。
　　
　　2.3）變頻器參數(shù)：
　　
　　為發(fā)揮矢量變頻器的電機控制特性，請對電機進行參數(shù)自測定，自測定完成之后，可參考如下參數(shù)進行設置：參數(shù)說明
　　
　　F0.0.09=0000無感矢量控制
　　
　　F0.2.25=9頻率輸入方式為模擬量AI1
　　
　　F0.3.33=1運行命令為外部端子控制
　　
　　F1.0.03=30加速時間
　　
　　F1.0.04=20減速時間
　　
　　F0.4.54=1自由停機控制
　　
　　F3.0.00=14緊急停機
　　
　　F3.0.01=7正轉(zhuǎn)
　　
　　F3.0.02=8反轉(zhuǎn)
　　
　　F3.0.03=13故障復位
　　
　　制動單元的制動電壓設置為625V。
　　
　　2.4）V560變頻驅(qū)動優(yōu)勢:
　　
　　*、強大的低頻力矩消除了溜鉤現(xiàn)象。
　　
　　即使在上升過程中途進行了剎車，在中途就可以把重物拉起來，不需要把重物放到平地上重新啟動，啟動力矩開環(huán)狀態(tài)下達到0.5Hz180%力矩。
　　
　　第二、*的系統(tǒng)保護功能和環(huán)境適應能力。
　　
　　V560多達30種保護功能和幾十種警告功能，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。電網(wǎng)適應能力強，電網(wǎng)電壓在320V~480V范圍內(nèi)，變頻器也能正常工作。
　　
　　第三、超速限制保護功能
　　
　　當絞車速度超過一定程度的時候，自動限制zui高速度，大大提高了安全性。
　　
　　第四、車斗脫軌故障率明顯降低
　　
　　平穩(wěn)的加速和減速，避免了絞車掉道的可能性，也大大減少了機械和鋼繩的磨損。
　　
　　第五、可靠的抱閘時序控制功能
　　
　　啟動的時候預先給足夠的力矩再松開抱閘，確保不會下溜，當快要*停機的時候但還有力矩輸出的時候抱閘抱緊，當發(fā)生故障或者安全回路出現(xiàn)問題的時候，能夠自動的實現(xiàn)機械剎車，確保安全。
　　
　　第六、能夠和機械剎車以及安全回路配合使用
　　
　　能夠與原來的系統(tǒng)的安全回路兼容，同時和各種類型機械剎車配合，zui大限度地保障了整個系統(tǒng)的安全。
　　
　　第七、自動檢測斷線故障并抱閘停機。
　　
　　系統(tǒng)能夠通過運行電流檢測是否處于斷線狀態(tài)，并與機械制動進行配合使用。
　　
　　第八、顯示相關參數(shù)和鍵盤拷貝
　　
　　通過設置，可以屏蔽不相關參數(shù)，顯示相關參數(shù)，和鍵盤拷貝功能，使調(diào)試更加方便快捷。三、新系統(tǒng)與原系統(tǒng)比較
　　
　　1）技術性能
　　
　　變頻調(diào)速屬無級調(diào)速，調(diào)速范圍大，調(diào)速精度高，爬行速度易控制，重物下放操作時易操作，安全性能好，對提升機等相關機械設備在運行和停止過程中沖擊比較小。電阻調(diào)速屬有級調(diào)速，開環(huán)控制，調(diào)速精度低，爬行速度不易控制。重物下放操作時，需動力制動與轉(zhuǎn)子電阻配合操作，全憑司機的經(jīng)驗和感覺，很難準確控制，安全性能差對提升機等相關機械設備在運行和停止過程中沖擊比較大。
　　
　　2）間接效果
　　
　　（1）變頻系統(tǒng)無需原電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速電阻，提高了系統(tǒng)的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境，使噪音及室溫降低。
　　
　　（2）調(diào)速連續(xù)方便，連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。
　　
　　（3）實現(xiàn)了軟起動和軟停止，使運行更加平穩(wěn)，機械沖擊小。
　　
　　（4）啟動及加速過程沖擊電流小，加速過程中zui大電流不超過1.3倍的額定電流，提升機在重載下從低速平穩(wěn)無級平滑的升至zui高速，沒有大電流出現(xiàn)，減小了對電網(wǎng)的沖擊。
　　
　　（5）采用變頻控制后，可采用原繞線式電機，不需要作任何改動。
　　
　　3）絞車保護
　　
　　變頻調(diào)速裝置本身具有過壓、欠壓、過流、過負荷、缺相等保護，同時與操作臺的數(shù)字式深度監(jiān)視器配合，可實現(xiàn)絞車過卷、過速、減速、限速等重要保護的雙線制保護功能，滿足安全規(guī)程要求。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速裝置內(nèi)的鼓形控制器、正反向接觸器通過電流大，又頻繁動作，觸點易燒損；電阻發(fā)熱量大、接頭多、易氧化或接觸不良而發(fā)熱，所以維護量極大。變頻調(diào)速裝置采用無觸點控制，電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)采用計算機控制，加上變頻調(diào)速裝置的功率器件及控制計算機模件均采用進口產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良可靠，維護量極低。
　　
　　工控觀點：變頻器有效幫助提升機節(jié)電率在30-40%左右，且控制質(zhì)量大為提高，實現(xiàn)無級調(diào)速。。同時由于電動機不再需要頻繁地起動和停止，不必再由繼電器、接觸器進行控制，使整個系統(tǒng)的壽命大為延長。實現(xiàn)軟停和軟起，消除了電動機硬起動過程中對電網(wǎng)的沖擊。另外操作簡便，省時省力。礦用絞車繞線電機改用變頻調(diào)速方式后，系統(tǒng)具有一定的節(jié)電效果，更重要的是具有柔性化控制，使系統(tǒng)的性能大大提高和機械部份壽命延長的同時使提升機獲得平穩(wěn)、安全、可靠的運行狀態(tài)。