吳靜,陳國杰,胡潔微

(1.遼寧工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院,遼寧 錦州 121001;2.防化指揮工程學(xué)院,北京 102205)

目前我國礦井提升設(shè)備中大量普遍沿用傳統(tǒng)的在繞線型異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接入金屬電阻,用接觸器切除電阻的方法進(jìn)行調(diào)速,這種調(diào)速方式為有級調(diào)速。在不同速度換擋切換過程中,調(diào)速特性為跳躍式變化,速度不連續(xù),造成調(diào)速性能不好,對整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生較大沖擊,如纏繩不穩(wěn)、沖擊減速器等,尤其電機(jī)運(yùn)行在再生制動(dòng)區(qū)域時(shí)所產(chǎn)生的大量能量都迫不得已地消耗在轉(zhuǎn)子電阻上,造成能源極大浪費(fèi),因此對礦井提升機(jī)的技術(shù)改造要求迫在眉睫。近幾年來,隨著我國自動(dòng)化技術(shù)水平不斷提高,變頻器在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用,變頻器應(yīng)用于礦井提升也日益增多,成功實(shí)現(xiàn)大功率交流電動(dòng)機(jī)的無級平滑調(diào)速,在運(yùn)行過程中根據(jù)電機(jī)的負(fù)載情況使電機(jī)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài),在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)均有很高的效率,節(jié)能效果非常顯著。目前應(yīng)用于礦井提升中的變頻器生產(chǎn)廠家有丹佛斯、西門子、ABB、安川等,本案例選用的是丹佛斯FC301系列變頻器的P200。

1 礦井提升機(jī)的傳動(dòng)特點(diǎn)

礦井提升機(jī)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)普遍形式如圖1所示?；驹硎菍⒌V井提升機(jī)安裝在井口的適當(dāng)位置,井下的人員或采好的礦物通過提升機(jī)滾筒上的鋼絲繩連接礦車提升到井上,井上的人員或貨物通過人車用提升機(jī)下放到井下。

圖1 礦井提升機(jī)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The structure figure of mechanical transmission of mine hoist

礦井提升機(jī)的電機(jī)多數(shù)時(shí)間工作在電動(dòng)狀態(tài),只有運(yùn)送人員或下放設(shè)備等重物時(shí)才可能出現(xiàn)發(fā)電狀態(tài),此時(shí)可通過直流母線上并聯(lián)一小容量的制動(dòng)電阻即可以解決能量消耗的問題。從機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)、提升機(jī)的安全運(yùn)行等來考慮,需要著重注意以下幾個(gè)問題:1)提升機(jī)系統(tǒng)制動(dòng)抱閘合理的打開、關(guān)閉的時(shí)序控制,做到確保系統(tǒng)絕對安全可靠,不溜車,不沖擊;2)提升機(jī)的多段速運(yùn)行;3)提升機(jī)的啟動(dòng)、加減速、爬行、停止的平滑運(yùn)行;4)提升機(jī)的電機(jī)要能4象限運(yùn)行,發(fā)電狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的能量要迅速耗散掉或回饋電網(wǎng)。

2 變頻器FC301P200的應(yīng)用特點(diǎn)

丹佛斯變頻器FC300系列變頻器有卓越的轉(zhuǎn)矩控制、精確的速度調(diào)節(jié)性能,穩(wěn)定的產(chǎn)品特性和優(yōu)異的品質(zhì)保證。丹佛斯FC300系列變頻器內(nèi)部有如下兩種抱閘邏輯控制:第1種是通過檢測抱閘打開前旋轉(zhuǎn)磁場的速度是否達(dá)到設(shè)定的速度來控制抱閘打開,通過檢測電機(jī)停止前的速度來控制抱閘制動(dòng)閉合的時(shí)間,這種方式是通過速度控制來估算電流值,借以控制啟動(dòng)、停止的轉(zhuǎn)矩。該控制原理簡單,便于理解適用于開緩和一般的閉環(huán)控制場合;第2種適用于電機(jī)對啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求高,要求點(diǎn)動(dòng)的頻繁控制。該方式通過直接檢測電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩來控制抱閘打開時(shí)間,同時(shí)還具有零速負(fù)載保持的功能。只有當(dāng)停止時(shí)間超過一規(guī)定值后才閉合抱閘,如果在抱閘前再啟動(dòng)開機(jī)信號,將直接開始新一輪的啟動(dòng)過程,這樣有利于點(diǎn)動(dòng)或頻繁啟停下減少閘瓦的磨損,做到迅速的啟停。這種方式只能工作在磁通矢量閉環(huán)的控制模式下,是一種直接高效的控制方式。

丹佛斯變頻器FC300系列對提升機(jī)多速段的運(yùn)行有3個(gè)數(shù)字輸入端子可以選擇,可以預(yù)設(shè)最多8種不同的速度,數(shù)組選擇對應(yīng)3個(gè)端子電平組成的二進(jìn)制數(shù)。為了達(dá)到平滑的啟停和加減速特性,丹佛斯變頻器FC300系列有2種加減速方式可以選擇:一是線性加減速,運(yùn)行時(shí)間短但對運(yùn)送的物體平穩(wěn)性、人員乘坐的舒適性都有一定的影響;二是S曲線的加減速控制,能對應(yīng)用中的晃動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償,將加減速過程中的晃動(dòng)保持在最低水平,但此種應(yīng)用相對要延長加減速時(shí)間,從而使啟動(dòng)或停止時(shí)間延長。本案例中鑒于該提升機(jī)運(yùn)行頻繁,功率大,采用并聯(lián)丹佛斯能量回饋單元Revcon的方案。

3 提升機(jī)控制系統(tǒng)組成及調(diào)試過程

提升機(jī)控制系統(tǒng)如圖2所示,提升機(jī)的控制系統(tǒng)由西門子S7-200系列的CPU224XP做上位控制。變頻器需要閉環(huán)運(yùn)行選配了丹佛斯的編碼器適配卡MCB102,用于連接來自電機(jī)的編碼器速度反饋信號,使變頻器能夠做到精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制。主控操作臺集成了除去速度、位置、壓力、溫度、電流電壓等信號采集傳感器和執(zhí)行終端設(shè)備以外的所有控制回路。

圖2 提升機(jī)控制系統(tǒng)圖Fig.2 The control system of mine hoist

提升機(jī)司機(jī)可操作主控臺上的開關(guān)和按鈕控制提升機(jī)的運(yùn)行,通過主控臺上的指示燈和人機(jī)界面及時(shí)了解提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)。本案例選用西門子的TD400C觸摸屏,可顯示提升機(jī)的運(yùn)行速度、井深及一些參數(shù)的設(shè)定。

變頻器和能量回饋單元安裝在相鄰的電控室內(nèi)并集成在電控柜內(nèi)。整個(gè)系統(tǒng)選用一臺FC301系列P200變頻器1臺,功率200 kW。提升機(jī)電機(jī)為185 kW,725 r/min。

4 結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行觀察記錄,整個(gè)提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行非常平穩(wěn),達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)運(yùn)行后,運(yùn)行故障、停工時(shí)間大大減少,節(jié)省能源、人力,提高運(yùn)輸效率,直接和間接的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

[1]丹佛斯公司.丹佛斯變頻器VLT AutomationDriver FC300設(shè)計(jì)指南[Z].2008.

[2]西門子公司.西門子S7-200系統(tǒng)手冊[Z].2002.

[3]吳堅(jiān)蘭,陳秀琴,馬嵩源.ACS800變頻器在加載試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣傳動(dòng),2009,39(1):67-70.