付本全
(大冶有色金屬有限公司銅山口銅礦,湖北黃石435122)
全數(shù)字直流調(diào)速技術(shù)在4 m3電鏟上的應(yīng)用
付本全
(大冶有色金屬有限公司銅山口銅礦,湖北黃石435122)
概述了4 m3電鏟電氣傳動系統(tǒng)的概況。介紹了直流發(fā)電機機組和數(shù)字式晶閘管直流調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)的各自特點,并通過數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)在4 m3電鏟上的成功應(yīng)用,進行了簡單的社會經(jīng)濟效益分析。
電鏟;直流發(fā)電機機組;全數(shù)字直流調(diào)速;PLC可編程控制器
電鏟是露天采礦和水利電力工程的主要挖掘、裝載設(shè)備。它的提升、推壓、回轉(zhuǎn)和行走機構(gòu)的電氣傳動系統(tǒng),多年來一直延用直流發(fā)電機機組,從三繞組、磁放器勵磁、磁性觸發(fā)器晶閘管勵磁到電子調(diào)節(jié)觸發(fā)器晶閘管勵磁,在技術(shù)和性能上都有較大的進步和改善。但是,仍然克服不了這種笨重龐大的電氣傳動方式自身的缺陷和弊病。由于直流發(fā)電機組是旋轉(zhuǎn)設(shè)備,存在機械損耗,還存在整流換向器、碳刷與整流子的旋轉(zhuǎn)接觸,導(dǎo)致易損和故障率高。振動和噪音很大,效率低,維修困難,維修周期長,費用高,“挖土機特性”的飽滿率也較差。
我礦過去所購置的電鏟,都是采用直流發(fā)電機機組的電氣傳動方式。近年來,利用電鏟大修的機會,采用全數(shù)字直流調(diào)速電控設(shè)備,實施了數(shù)字式直流驅(qū)動器的直流電氣傳動系統(tǒng)改造。甩掉了發(fā)電機組,由全數(shù)字式直流驅(qū)動器為直流電動機供電和調(diào)速,提高了電鏟總體的性能及可靠性。設(shè)備現(xiàn)已運行半年多,運行狀態(tài)良好,現(xiàn)就全數(shù)字直流調(diào)速技術(shù)在4 m3電鏟的應(yīng)用做如下探討。
4m3電鏟全數(shù)字直流調(diào)速電控設(shè)備包括高壓柜、主變壓器柜、輔變壓器柜、提升調(diào)速柜、推壓調(diào)速柜、回轉(zhuǎn)/行走調(diào)速柜、交直流控制柜、左操作臺、右操作臺、左主令控制器、右主令控制器、電阻箱、集電環(huán)和設(shè)備連接管線等。其中,提升、推壓、回轉(zhuǎn)/行走驅(qū)動器與各自的直流電動機相配合,實現(xiàn)直流可逆(四象限運行)調(diào)速的電氣傳動系統(tǒng),本系統(tǒng)以3臺MontorⅡ直流驅(qū)動器,分別控制提升、推壓、回轉(zhuǎn)/行走直流電動機,控制系統(tǒng)采用三菱FX系列可編程控制器為核心,再加上其他部分元器件所組成。圖1為4 m3電鏟全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)框圖。
(1)提升電機截止電流850 A、堵轉(zhuǎn)1150 A、最大電流1500 A。
(2)推壓電機截止480 A、堵轉(zhuǎn)680 A、最大電流825 A。
(3)回轉(zhuǎn)/行走截止480 A、堵轉(zhuǎn)700 A、最大電流825 A。堵轉(zhuǎn)時間根據(jù)甲方要求調(diào)節(jié)。
(4)開斗電機為速度限幅的恒力矩控制模式,拉緊鋼絲繩力矩為6 A,開斗力矩為50 A、最大電流150 A,開斗時速度小于限幅值,斗繩斷裂,速度限幅使空負載的電機不會飛車,而以限幅速度運行。
(5)三機構(gòu)電機能迅速實現(xiàn)正、反向運行,能平滑地調(diào)速,保持較硬的機械特性,以便獲得較大的起、制動力矩,縮短過渡過程,提高生產(chǎn)率,升速及減速快慢即斜率根據(jù)甲方要求現(xiàn)場調(diào)節(jié),及在生產(chǎn)過程中,能借助于變動負荷來調(diào)節(jié)電機的工作,實現(xiàn)自動控制。
(6)三機構(gòu)能根據(jù)挖掘機生產(chǎn)工藝自如平穩(wěn)運行于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限。
(7)提升電機電樞電壓從0到460 V平滑均勻可調(diào)、轉(zhuǎn)速從0到740 r/min可調(diào),推壓電機電樞電壓從0到440 V可調(diào),速度從0到1150可調(diào)?;剞D(zhuǎn)電機兩臺串聯(lián),電樞電壓從0到440 V可調(diào),轉(zhuǎn)速從0到1150 r/min可調(diào)。行走電機電樞電壓從0到220 V,轉(zhuǎn)速從0到740轉(zhuǎn)可調(diào)。
(8)提升電機主控器勵磁電流最大20 A,額定勵磁電流9.45 A,推壓、回轉(zhuǎn)電機主控器勵磁電流最大10 A,額定調(diào)整值3.32 A。開斗電機勵磁電壓220 V,勵磁電流0.48 A,勵磁全部采用它激方式。
(9)工作參數(shù)整定,要求根據(jù)實際情況,能滿足挖掘機工作性能要求,保證挖掘機高效率工作。
圖1 4 m3電鏟全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)框圖
通過近兩年的實際使用與傳統(tǒng)的直流發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)比較,具有以下特點:
(1)技術(shù)先進,具有當(dāng)代國際先進水平。
(2)比發(fā)電機機組調(diào)速系統(tǒng)的噪聲低,損耗小?!巴谕翙C特性”優(yōu)于機組傳動,有較理想的使用效果。
(3)保護功能齊全,安全可靠、檢修方便。操作人員容易及時地掌握各種信息和處理問題。
(4)應(yīng)用人機界面顯示、操作。軟件編程、參數(shù)設(shè)置、電鏟運行工作狀態(tài)、故障等顯示更加人性化。
(5)調(diào)速精度高、響應(yīng)快、效率高,達到較佳控制效果。
由于MontorⅡ直流驅(qū)動器采用六脈沖觸發(fā)輸出可控硅,配置十二脈沖(串聯(lián))操作方式,經(jīng)理論分析由控制裝置產(chǎn)生的諧波主要有5次、7、11次電流諧波,整流變壓器采用星—三角形接法,所以3的倍數(shù)次諧波傅立葉級數(shù)系數(shù)為零,沒有3的倍數(shù)次諧波干擾。從測量結(jié)果來看,高次諧波影響較小,可忽略不計。
整流變壓器短路容量為48.5 MVA,母線電壓為6 kV,電機容量為280 kW,功率因數(shù)為0.92,參照國家標(biāo)準(zhǔn)換算后,電網(wǎng)允許的諧波電流如下:
5次:34 A×48.5/100=16.5 A
7次:24 A×48.5/100=11.6 A
11次:16 A×48.5/100=7.76 A
整流變壓器(6 kV/0.4 kV)電流變比為15,低壓側(cè)平均電流測量值經(jīng)折算到高壓側(cè)后結(jié)果如下:
5次:114 A/15=7.6 A
7次:28 A/15=1.86 A
11次:26 A/15=1.73 A
結(jié)果對比:
5次:16.5 A/7.6 A=2.17臺
7次:11.6 A/1.86 A=6.23臺
11次:7.76 A/1.73 A=4.49臺
綜上分析計算,控制裝置產(chǎn)生的諧波主要以5次諧波電流影響最大。經(jīng)對現(xiàn)場的統(tǒng)籌考慮、增大網(wǎng)絡(luò)容量、合理布局,通過就地補償、濾波,既能提高用電設(shè)備的供電回路的功率因數(shù),又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量,其功率因數(shù)可以達到0.95以上。
7.1 節(jié)省能源
使用該調(diào)速系統(tǒng)后,效率從直流發(fā)電機組的60%提高到80%。按照4 m3電鏟機組原動機250 kW和臺年平均作業(yè)率70%來計算,臺年節(jié)省電能為:
365×24×70%×250×(80%-60%)
=306600 kW·h按工業(yè)用電單價0.7元/kW·h計算,臺年的節(jié)電費可達:
306600×0.7=214620.00元=21.462萬元
由于直流發(fā)電機組在等車時也不可以停機,一直在運轉(zhuǎn),消耗大量電能,而直流調(diào)速系統(tǒng)就不同,在等車的過程中直流驅(qū)動器是不工作的,不消耗電能。據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計測算,每挖裝1 t礦石,使用直流發(fā)電機組的耗電量為0.34 kW·h,使用直流調(diào)速系統(tǒng)的耗電量是0.276 kW·h。
7.2 提高電鏟的作業(yè)率,增加產(chǎn)量
全數(shù)字直流調(diào)速器為靜止裝置,不存在旋轉(zhuǎn)機械磨損,故障率比機組少得多。同時,它的零部件體積遠比機組的小,檢修、更換都很方便快捷,大大縮短了檢修和處理故障的時間,也不需要大型吊裝設(shè)備。因此,使電鏟的作業(yè)率得到明顯的提高。我礦實行三班制作業(yè),使用直流發(fā)電機組的4 m3電鏟,平均實動率約為40%~45%;使用直流驅(qū)動器調(diào)速的4 m3電鏟,作業(yè)率可達60%以上。按此估算,單臺鏟運行效率可提高約15%,年產(chǎn)量增產(chǎn)約10萬m3。
7.3 減少維修和庫存?zhèn)浼M用
(1)機組需要經(jīng)常檢修保養(yǎng),拆卸吊裝工作量大且影響生產(chǎn),而該系統(tǒng)不需要外圍反饋線路,簡化了原理線路方案,柜內(nèi)結(jié)構(gòu)精簡,電氣故障少,其零部件、電氣元器件模塊的體積小、重量輕、更換快且方便,維修費用低。
(2)就庫存?zhèn)浼裕褂脵C組時,必須備有高壓異步電動機和各種直流發(fā)電機,占庫地面積大、費用高。而使用本直流驅(qū)動器僅庫存一些功率模塊、控制板、輔助元器件等即可。占庫地面積小、費用低。
綜上所述,4 m3電鏟全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的科技含量高,運行安全可靠,性能穩(wěn)定,有一定的社會經(jīng)濟效益,值得推廣取代發(fā)電機組系統(tǒng)。
App lication of Full Digital DC Speed Control Technology in the 4m3Excavator
Fu Benquan
(TongshankouCopperMineofDayeNonferrousMetalsCo.,Ltd.,Huangshi,Hubei435122,China)
The general features of the electric drive system of 4 m3excavator are outlined and the characteristics of DC generating units and digital thyristor DC drive speed regulation system are introduced,respectively.The digital DC speed regulating system was successfully applied in the 4 m3excavator and the social and economic benefits of the application are briefly analyzed.
excavator;DC generator;full-digital DC speed adjusting;PLC programmable controller
TM33
B
1006-6764(2014)12-0015-02
2014-09-25
付本全(1984-),男,大學(xué)本科學(xué)歷,電氣助理工程師,現(xiàn)從事電氣技術(shù)及管理工作。