艾默生SP系列變頻器在礦井提升系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了艾默生CT SP系列變頻器的容量選擇、外接制動(dòng)電阻、控制回路的抗干擾措施及變頻器的故障診斷與日常維護(hù)等方面的應(yīng)用。                                                                 

關(guān)鍵詞：容量選擇；制動(dòng)電阻；抗干擾；故障診斷；日常維護(hù)；應(yīng)用

引言         礦井提升設(shè)備在按對(duì)供電可靠性要求的負(fù)荷分類中，屬于二級(jí)負(fù)荷，是礦井運(yùn)輸?shù)闹饕h(huán)節(jié)，主要任務(wù)是提升井下的矸石、煤和廢石，同時(shí)還要運(yùn)送人員、設(shè)備和材料，因此礦井提升機(jī)工藝對(duì)電氣傳動(dòng)的要求是很高的。主要表現(xiàn)在：第一，提升機(jī)電氣傳動(dòng)的可靠性，不僅關(guān)系到礦井的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)計(jì)劃管理，而且直接關(guān)系到井下每個(gè)礦工的生命安全，電控設(shè)備的任何故障都可能造成人身事故和整個(gè)礦井停產(chǎn)。第二 ，必須滿足提升機(jī)力圖要求并能在四象限平滑運(yùn)行。第三，能夠頻繁進(jìn)行正向、反向、啟動(dòng)、運(yùn)行、停車、制動(dòng)，能按一定的速度圖運(yùn)行。第四，負(fù)載屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，對(duì)礦井提升機(jī)來(lái)說(shuō)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，僅僅取決于負(fù)載的輕重，而與轉(zhuǎn)速的大小無(wú)關(guān)。

        礦井提升過(guò)程一般包括：?jiǎn)?dòng)加速、等速、減速、爬行和停車五個(gè)環(huán)節(jié)。目前我國(guó)傳統(tǒng)煤礦提升機(jī)廣泛采用交流繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的機(jī)械特性，當(dāng)在轉(zhuǎn)子回路串接附加電阻后，機(jī)械特性硬度降低，穩(wěn)定性受到影響。一般調(diào)速范圍不大于（2~3）。另外轉(zhuǎn)子回路的電流較大，不宜長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)轉(zhuǎn)。在啟動(dòng)加速過(guò)程中，為了既不出現(xiàn)不容許的過(guò)載，又能發(fā)揮電力拖動(dòng)的最大工作效果，要求提升各環(huán)節(jié)依一定的順序在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)完成，以保證在各環(huán)節(jié)過(guò)渡中電動(dòng)機(jī)的電流和轉(zhuǎn)矩不超過(guò)允許的極限值。目前一般采用以電流為主、時(shí)間為輔的控制原則，既通過(guò)檢測(cè)電流和時(shí)間來(lái)切換轉(zhuǎn)子電阻；在減速過(guò)程中，一般采用斷開(kāi)三相電源投入直流電流進(jìn)行動(dòng)力制動(dòng)減速，同時(shí)投入合適的轉(zhuǎn)子電阻。為保證減速度符合有關(guān)煤安要求，一般在機(jī)械傳動(dòng)部安裝凸輪盤，通過(guò)凸輪盤曲線調(diào)整注入到電動(dòng)機(jī)直流電流的大小，使得負(fù)載按設(shè)定的速度曲線運(yùn)行。進(jìn)入爬行階段，由于速度降低，轉(zhuǎn)子切割直流電流建立的磁場(chǎng)變慢，制動(dòng)力降低，此時(shí)不能用直流制動(dòng)進(jìn)入爬行階段，一般引入一套低頻電源裝置控制電機(jī)在低速爬行直到投入液壓盤閘停車。通過(guò)以上對(duì)傳統(tǒng)提升機(jī)電控介紹，為滿足有關(guān)煤安對(duì)提升的加速度、減速度、速度運(yùn)行曲線、正反向力的控制的要求，用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速方式用于煤礦提升的控制電路極其復(fù)雜、由于負(fù)載的不確定，在減速階段通過(guò)凸輪盤對(duì)注入直流電流的負(fù)反饋的電子電路調(diào)試難度非常大；特別是在進(jìn)入爬行階段需增加一套低頻電源裝置，在切換瞬間，整個(gè)控制系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)短暫失控狀態(tài)。

        而新型的礦井提升機(jī)變頻電控設(shè)備采用變頻器作為核心部件，發(fā)展十分迅速。它在操控性能、節(jié)能，降低噪音，維護(hù)量等方面的優(yōu)點(diǎn)非常突出。可以根本性的解決以上傳統(tǒng)提升電控出現(xiàn)的所有問(wèn)題。但各類變頻器均有各自的使用特點(diǎn)和差異，本文就艾默生CT SP系列變頻器在2.5米礦井提升機(jī)中的應(yīng)用和選配作簡(jiǎn)單介紹。主井為立井，井筒深度325米，井架高度22米，主井采用的提升機(jī)為2JK-2.5?1.5/31.5型單繩纏繞式提升機(jī)，鋼絲繩最大靜張力為90kN,兩根鋼絲繩最大靜張力差為55kN,原配電機(jī)為26OKW10KV繞線型三相異步電動(dòng)機(jī)，所配電控為繼電邏輯控制的串電阻調(diào)速電氣控制系統(tǒng)。為了適應(yīng)煤礦新形勢(shì)的需要，滿足煤安最新要求，將原電控系統(tǒng)改造成節(jié)能、便于維護(hù)與操作、技術(shù)先進(jìn)價(jià)格合理的變頻電氣控制系統(tǒng)。

        經(jīng)過(guò)多方考察與經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，改造后的電源將原10KV電壓通過(guò)一個(gè)500KVA變壓器降壓為380V，主電機(jī)改為YVF400L4-10型355KW380V變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，通過(guò)對(duì)多種變頻器進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和綜合性能比較，我采用了EMERSON CT CT公司的SP系列變頻器，該電控系統(tǒng)已于去年成功使用，用戶特別滿意，節(jié)能效果比較明顯。

變頻裝置主要技術(shù)參數(shù) (1)輸入電源電壓AC380-480V，頻率50HZ；電壓允許波動(dòng)范圍 /-10％；頻率允許波動(dòng)范圍48-65HZ； (2)輸出頻率范圍0～50Hz連續(xù)可調(diào)； (3)額定重載輸出功率：500kW。 (4)過(guò)載能力200%以上，1分鐘； (5)有較高的功率因數(shù)cOS(p>0．98； (6)低頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升功能，能保證200％ 的額定轉(zhuǎn)矩； (7)變頻器設(shè)有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)載，功率元件過(guò)熱和電機(jī)缺相等保護(hù)，設(shè)有故障記憶功能，能保留最近10次故障的功能號(hào)碼和最后一次故障的參數(shù)； (8)總諧波含量<5％。< font="">

主要技術(shù)原理 (1)采用全數(shù)字速度傳感器閉環(huán)矢量控制，使系統(tǒng)調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高。變頻器在低頻運(yùn)行時(shí)，也保證有175％以上額定力矩輸出。最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過(guò)測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量(勵(lì)磁電流)和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量問(wèn)的幅值和相位，即控制定子電流矢量，這種控制方式稱為矢量控制方式。這樣就可以將一臺(tái)三相異步電機(jī)等效為直流電機(jī)來(lái)控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動(dòng)態(tài)性能。新型矢量控制變頻器具備異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)辨識(shí)、自適應(yīng)功能，在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，并根據(jù)辨識(shí)結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而對(duì)普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制。

(2)操作簡(jiǎn)便可靠，司機(jī)只用主令控制手把就可以實(shí)現(xiàn)絞車的起動(dòng)、等速、減速、爬行和重物下放時(shí)操作，減輕了操作強(qiáng)度。

(3)當(dāng)絞車作重物下放操作時(shí)，電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，此時(shí)系統(tǒng)能自動(dòng)將電動(dòng)機(jī)發(fā)出的再生能量消耗在制動(dòng)電阻上。同時(shí)，制動(dòng)力矩增大，保證了絞車下放時(shí)的安全性。

(4)雙加／減速時(shí)間可根據(jù)提人和提物選擇改變變頻器內(nèi)的加速度、減速度的不同值

(5)具備變頻器諧波治理。

1、變頻器容量選擇原則 　　         在提升機(jī)械中，選擇電動(dòng)機(jī)容量的依據(jù)是電機(jī)線圈的發(fā)熱量。就是說(shuō)，在電動(dòng)機(jī)帶得動(dòng)的前提下，只要其溫升在允許范圍內(nèi)，短時(shí)間的過(guò)載是允許的。若電動(dòng)機(jī)以變速度和變力矩運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的熱量與此電動(dòng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速和固定力矩運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的熱量相等，就可以根據(jù)該固定力矩和額定轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算和選擇電動(dòng)機(jī)的容量，通常稱此固定力矩為等效力矩。電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力一般定為額定轉(zhuǎn)矩的1.8-2.2倍。

　　當(dāng)電動(dòng)機(jī)和變頻器以恒轉(zhuǎn)矩工作時(shí)，在長(zhǎng)時(shí)工作制（S1）下，EMERSON CT公司SP6及以上系列變頻器的電流允許在閉環(huán)狀態(tài)下60S內(nèi)有50%的過(guò)載，對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和加速轉(zhuǎn)矩提供一個(gè)足夠的備用。由于礦井提升機(jī)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，因此變頻器的基本負(fù)載電流最少要等于在所要求的負(fù)載工作點(diǎn)在滿載轉(zhuǎn)矩下的電機(jī)電流值。變頻器的容量選擇原則應(yīng)符合以下原則：     （1）由于礦井提升機(jī)屬于重載啟動(dòng)運(yùn)行，電機(jī)級(jí)數(shù)一般為6級(jí)以上，因此變頻器的額定功率至少要比電機(jī)功率放大一至二檔，并且變頻器的重載最大持續(xù)輸出電流要大于電動(dòng)機(jī)的額定電流。一般來(lái)說(shuō)，變頻器額定功率為電機(jī)額定功率的1.3倍左右。

    （2）變頻器的最大電流必須大于或至少等于電機(jī)的額定電流，在多電機(jī)傳動(dòng)下，大于或等于總的電機(jī)額定電流。否則過(guò)低的漏感會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的電流尖峰，導(dǎo)致跳閘。

        由于主電機(jī)額定電流為720A，根據(jù)以上原則，并考慮到第一次配用，因此變頻器重載最大持續(xù)輸出電流選為900A，變頻器型號(hào)為SP9414，正常負(fù)載下標(biāo)稱功率為560kW，重載下標(biāo)稱功率為500kW。

        為了使用閉環(huán)矢量控制功能，還需在主電機(jī)軸端安裝一個(gè)正交增量型編碼器，以及時(shí)反饋電機(jī)信號(hào)。

2、自配外接制動(dòng)電阻及選擇 　　 　　礦井提升機(jī)在下放重物時(shí)，將產(chǎn)生大量的再生能量。對(duì)再生能量的處理方法有兩種，一種是用制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻來(lái)吸收，另一種是通過(guò)設(shè)置在直流公共母線上的整流回饋裝置回饋到電網(wǎng)。由于整流回饋裝置價(jià)格較貴，對(duì)電網(wǎng)的要求也較高，且礦井提升機(jī)的總工作時(shí)間并不長(zhǎng)。綜合性價(jià)比，一般采用制動(dòng)單元加制動(dòng)電阻的能耗制動(dòng)方<< span="">