變頻調(diào)速裝置在副井提升機的改造應(yīng)用

【摘要】通過對付立井提升機控制傳統(tǒng)的繞線電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式的改造，闡述了對以前的控制系統(tǒng)改造的必要性和可行性，有效地解決了使用交流繞線式電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)時，提升機減速和爬行階段的速度控制、性能差、嚴重耗能等問題，為用戶提高生產(chǎn)效率的同時，實現(xiàn)了雙重節(jié)能效果，并有效利用能源。節(jié)能效果十分顯著。

【關(guān)鍵詞】變速調(diào)速裝置；升級改造；提效節(jié)能

1.概述

四老溝礦南陽路路付立井提升機控制系統(tǒng)是傳統(tǒng)的繞線電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式，在加速過程中，轉(zhuǎn)子回路電阻依次減小，以保證加速力矩的平均值不變。在減速和爬行階段要求電動機低速運行，則需在轉(zhuǎn)子回路串較大電阻。這種拖動方案存在的問題是：

1.1開環(huán)有級調(diào)速，加速度難以準確控制，調(diào)速精度差；

1.2觸點控制，大量使用大容量開關(guān)，啟動電流和換檔電流沖擊大，接觸器頻繁投切，電弧燒傷觸點，影響接觸器的使用壽命，設(shè)備維修成本較高。其系統(tǒng)可靠性差、控制精度低，而且硬件接線繁雜、故障率高。低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差率大，系統(tǒng)維護工作量大，可靠性差；

1.3運行效率低；轉(zhuǎn)子回路串接電阻在低速時大部分功率都消耗在電阻上，消耗電能，造成能源浪費；

1.4電機的機械特性偏軟，一般電阻上消耗的功率約為電動機輸出功率的20%—30%；

1.5接觸器經(jīng)常吸合與斷開，噪音比較大；

1.6提升機在低速爬行階段和減速階段速度控制性能差，減速過程轉(zhuǎn)矩脈動大、罐籠平穩(wěn)性較差、鋼絲繩擺幅較大，減速過程完全由絞車司機手動控制，控制不當易造成過放和過卷事故。

2.變頻調(diào)速裝置的改造

2.1改造過程

沖變頻調(diào)速電控系統(tǒng)共由一臺可控硅轉(zhuǎn)子調(diào)速柜、一臺電阻柜和一臺低頻電源柜組成。

可控硅轉(zhuǎn)子調(diào)速柜采用淮南六信電控設(shè)備有限公司設(shè)計生產(chǎn)的用于交流提升機電控系統(tǒng)改造的新產(chǎn)品，該調(diào)速柜具有結(jié)構(gòu)緊湊、維護方便、可靠性高等特點，減少了設(shè)備的占地面積。所有硬件采用模塊化設(shè)計，大大提高了維護的效率。無機械噪聲和磨損，避免了機械傳動部分的維修，同時固定觸發(fā)，周期性好。

本裝置為8級起動電阻切換方式運行，當提升機等速運行至減速點時，由司機根據(jù)運行速度按需要切換轉(zhuǎn)子電阻，直至爬行運行，或根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，在運行到減速點時，由限速開關(guān)給出減速信號，PLC檢測到減速信號后發(fā)送給控制器，由控制器啟動自動減速程序，使工作頻率按設(shè)定要求逐步變?yōu)榈退龠\行。當測速發(fā)電機給出超速信號，PLC檢測該信號發(fā)送給控制器，進入自動減速運行，當井口或深度指示器傳感器監(jiān)測到罐籠到停車位后，信號反饋至PLC，實現(xiàn)自動停車。減速階段再生能量通過功率單元來處理。電機處于發(fā)電狀態(tài)，功率單元母線電壓升高，當母線電壓超過電網(wǎng)電壓的1.1倍時，CPU根據(jù)比較器和相位檢測的結(jié)果，通過移相變壓器回饋到電網(wǎng)，裝置充分利用了移相變壓器對諧波的抵消作用，具有對電網(wǎng)無諧波污染、功率因數(shù)高、控制簡單、損耗小，返回到電網(wǎng)諧波小于5%。變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速特性。

如圖所示，繞線式電動機轉(zhuǎn)子回路串接電阻調(diào)速時，通過電阻的分級切換和正反轉(zhuǎn)接觸器切換，實現(xiàn)有級調(diào)速和正反轉(zhuǎn)控制。其中，工作點1和工作點2為電動狀態(tài)，工作點3為能耗制動狀態(tài)，工作點4為再生發(fā)電機狀態(tài)。

變頻調(diào)速特性為一組平行的曲線，由于變頻器的頻率連續(xù)可調(diào)，因而能夠?qū)崿F(xiàn)平滑無級調(diào)速。圖2中1區(qū)為電動區(qū)，2區(qū)為再生發(fā)電區(qū)。

2.2副井絞車電控采用變頻方案的優(yōu)越性

2.1.1系統(tǒng)采用西門子S7-300系列可編程控制器，其結(jié)構(gòu)緊湊，功能強大，模塊化設(shè)計，可靠性高。內(nèi)置的綜合診斷能力，高速計算能力，完整的指令集等。

2.2.2采用變頻調(diào)速實現(xiàn)了軟停車，減少了機械沖擊，使運行更加平穩(wěn)可靠。起動及加速時沖擊電流很小，減輕了對電擊。

2.2.3回饋能量直接回電網(wǎng)，且不受回饋能量大小的限制，回饋的能量通過EMC濾波器，有效控制了回饋時的諧波含量。

2.2.4簡化了操作、降低了工人的勞動強度，故障率大大降低。

2.2.5運行速度曲線成S形，低速力矩可達200%，使加減速平滑、無撞擊感。

2.2.6安全保護功能齊全，除一般的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等保護外，還具有以下的保護功能：

（1）深度指示器斷軸保護；

（2）減速點后備保護；

（3）接近井口定點檢測限速保護；

（4）防倒轉(zhuǎn)保護；

（5）給定方向記憶保護；

（6）二級制動解除保護；

（7）減速段超速保護；

（8）測速發(fā)電機欠壓保護；

（9）安全回路由PLC內(nèi)部和外部AC回路串聯(lián)實現(xiàn)。

采用現(xiàn)代智能控制技術(shù)實現(xiàn)速度閉環(huán)調(diào)節(jié)，負力減速階段在各種負載條件下可嚴格按照給定的速度圖運行，使交流拖動系統(tǒng)在減速段已達到直流拖動系統(tǒng)的調(diào)速性能。系統(tǒng)具有完善的自診斷能力，通過液晶顯示器可以指示70余種故障信息、系統(tǒng)運行參數(shù)等，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護性。采用全數(shù)字變頻控制技術(shù)，減速段速度調(diào)節(jié)采用低頻發(fā)電制動方式，將系統(tǒng)的動能反饋給電網(wǎng)，與動力制動減速相比，不僅調(diào)速性能好，減速與爬行自然過渡，而且節(jié)能效果顯著。

3.經(jīng)濟社會效益

有效地解決了使用交流繞線式電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)時，提升機減速和爬行階段的速度控制、性能差、嚴重耗能等問題，為用戶提高生產(chǎn)效率的同時，實現(xiàn)了雙重節(jié)能效果，并有效利用能源。節(jié)能效果十分顯著：

節(jié)電計算：

減速、爬行段節(jié)電：800KW×0.6×15/3600=2度

加速段節(jié)電：800KW×0.4×19/3600=1.6度

變頻器在加、減速段節(jié)電為：2+1.6= 3.6度

改造前記錄數(shù)據(jù)每罐用電13.2度

節(jié)電率為：3.6÷13.2=27%

年節(jié)電能為：3.6度×80罐×330天=95040度

4.結(jié)束語

副立井提升機改用變頻調(diào)速方式后，不僅使系統(tǒng)的性能大大提高和機械部份壽命延長，更重要的是具有柔性化控制，改造后的電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用靈活、編程方便，維護工作量比原系統(tǒng)減少了40%，耗電量減少了20～30%，運行穩(wěn)定可靠，大大提高了提升機的安全運行，縮短了提升時間，提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻

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