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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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V560變頻器在礦井提升機(jī)上的應(yīng)用

V560變頻器在礦井提升機(jī)上的應(yīng)用

一、提升機(jī)概述:
  我國提升機(jī)設(shè)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(diǎn)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(gè)控制任務(wù),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(dǎo)線連接起來加以實(shí)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(shí)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(yùn)行中機(jī)械振動大,礦車沖擊大,制動不安全;
(2)啟動及換擋時(shí)沖擊電流大,啟動電流一般是額定電流的2-3倍,有時(shí)會更大,如果加速快,甚至?xí)鹂傞_關(guān)跳閘;
(3)調(diào)速時(shí)大量的電能消耗在電阻上,不但浪費(fèi)嚴(yán)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(shí)交流接觸器頻繁動作,易造成觸點(diǎn)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(shí)工作,生產(chǎn)量大,任務(wù)繁重,由于電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)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(diǎn)在提升機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用,礦井提升機(jī)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(yùn)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(gè)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(dāng)?shù)V車停在井筒中間時(shí),啟動轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩大得多。低頻轉(zhuǎn)矩在3Hz時(shí)大于1.6倍額定轉(zhuǎn)矩。
   5.有足夠的加速力矩,適應(yīng)重車提升時(shí)的加速過程。
   6. 運(yùn)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(jī)力矩的跳變,變頻器能承受這種跳變。
   7. 運(yùn)行過程中若出現(xiàn)偶然事件,要求快速停車時(shí)能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動力矩,這時(shí)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(jī)為TKD型單繩纏繞式礦井提升機(jī),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(jī)為380V/200KW/8級繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機(jī),電機(jī)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V560 250KW,制動單元為BR-DR-5HA 280KW(客戶自配),制動電阻為3Ω/200KW。
  礦井提升機(jī)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(hù)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(dāng)司機(jī)聽到開車信號時(shí),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(jī)開始運(yùn)行。在提升過程中,控制提升機(jī)運(yùn)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(jìn)行控制。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機(jī)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(jì)計(jì)算提升機(jī)的速度及行走距離,監(jiān)視器可以時(shí)時(shí)顯示提升機(jī)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(jī)控制特性,請對電機(jī)進(jìn)行參數(shù)自測定,自測定完成之后,可參考如下參數(shù)進(jìn)行設(shè)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(yùn)行命令為外部端子控制

F1.0.03=30

加速時(shí)間

F1.0.04=20 

減速時(shí)間

F0.4.54=1

自由停機(jī)控制

F3.0.00=14

緊急停機(jī)

F3.0.01=7

正轉(zhuǎn)

F3.0.02=8

反轉(zhuǎn)

F3.0.03=13

故障復(fù)位


制動單元的制動電壓設(shè)置為625V。
2.4V560變頻驅(qū)動優(yōu)勢:
第一、強(qiáng)大的低頻力矩消除了溜鉤現(xiàn)象。
即使在上升過程中途進(jìn)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(dá)到0.5Hz 180%力矩。
第二、超強(qiáng)的系統(tǒng)保護(hù)功能和環(huán)境適應(yīng)能力。
V560多達(dá)30種保護(hù)功能和幾十種警告功能,確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。電網(wǎng)適應(yīng)能力強(qiáng),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(hù)功能
當(dāng)絞車速度超過一定程度的時(shí)候,自動限制最高速度,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(jī)械和鋼繩的磨損。
第五、可靠的抱閘時(shí)序控制功能
啟動的時(shí)候預(yù)先給足夠的力矩再松開抱閘,確保不會下溜,當(dāng)快要完全停機(jī)的時(shí)候但還有力矩輸出的時(shí)候抱閘抱緊,當(dāng)發(fā)生故障或者安全回路出現(xiàn)問題的時(shí)候,能夠自動的實(shí)現(xiàn)機(jī)械剎車,確保安全。
第六、能夠和機(jī)械剎車以及安全回路完美配合使用
能夠與原來的系統(tǒng)的安全回路兼容,同時(shí)和各種類型機(jī)械剎車完美配合,最大限度地保障了整個(gè)系統(tǒng)的安全。
第七、自動檢測斷線故障并抱閘停機(jī)。
系統(tǒng)能夠通過運(yùn)行電流檢測是否處于斷線狀態(tài),并與機(jī)械制動進(jìn)行配合使用。
第八、顯示相關(guān)參數(shù)和鍵盤拷貝
通過設(shè)置,可以屏蔽不相關(guān)參數(shù),顯示相關(guān)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(shù)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(shí)易操作,安全性能好,對提升機(jī)等相關(guān)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)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(shí),需動力制動與轉(zhuǎn)子電阻配合操作,全憑司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)和感覺,很難準(zhǔn)確控制,安全性能差對提升機(jī)等相關(guān)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)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(shí)現(xiàn)了軟起動和軟停止,使運(yùn)行更加平穩(wěn),機(jī)械沖擊小。
(4)啟動及加速過程沖擊電流小,加速過程中最大電流不超過1.3倍的額定電流,提升機(jī)在重載下從低速平穩(wěn)無級平滑的升至最高速,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(jī),不需要作任何改動。
3.絞車保護(hù)
    變頻調(diào)速裝置本身具有過壓、欠壓、過流、過負(fù)荷、缺相等保護(hù),同時(shí)與操作臺的數(shù)字式深度監(jiān)視器配合,可實(shí)現(xiàn)絞車過卷、過速、減速、限速等重要保護(hù)的雙線制保護(hù)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(diǎn)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(hù)量極大。變頻調(diào)速裝置采用無觸點(diǎn)控制,電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)采用計(jì)算機(jī)控制,加上變頻調(diào)速裝置的功率器件及控制計(jì)算機(jī)模件均采用進(jìn)口產(chǎn)品,產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良可靠,維護(hù)量極低。
四、 結(jié)語 
  提升機(jī)在使用變頻調(diào)速后,節(jié)電率在30-40%左右,且控制質(zhì)量大為提高,實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。同時(shí)由于電動機(jī)不再需要頻繁地起動和停止,不必再由繼電器、接觸器進(jìn)行控制,使整個(gè)系統(tǒng)的壽命大為延長。實(shí)現(xiàn)軟停和軟起,消除了電動機(jī)硬起動過程中對電網(wǎng)的沖擊。另外操作簡便,省時(shí)省力。礦用絞車?yán)@線電機(jī)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(jī)械部份壽命延長的同時(shí)使提升機(jī)獲得平穩(wěn)、安全、可靠的運(yùn)行狀態(tài)。

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