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?xí)鹂傞_關(guān)跳閘；
（3）調(diào)速時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小時工作，生產(chǎn)量大，任務(wù)繁重，由于電控系統(tǒng)設(shè)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(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，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(yīng)重車提升時的加速過程。
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(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，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計算提升機(jī)的速度及行走距離，監(jiān)視器可以時時顯示提升機(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 | 加速時間 |
| F1.0.04=20 | 減速時間 |
| 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、可靠的抱閘時序控制功能
啟動的時候預(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)的時候但還有力矩輸出的時候抱閘抱緊，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，同時和各種類型機(jī)械剎車完美配合，最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(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，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)采用計算機(jī)控制，加上變頻調(diào)速裝置的功率器件及控制計算機(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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