提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路設(shè)計

王立科

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.075

摘 要：礦井提升機(jī)運(yùn)行的安全性與效率決定了礦井生產(chǎn)是否安全與效率的高低，在礦井生產(chǎn)中，保證提升機(jī)的正常運(yùn)行顯得極其重要。變頻調(diào)速系統(tǒng)是影響提升機(jī)運(yùn)行效率的關(guān)鍵所在，變頻器作為一種新型的自動調(diào)速裝置，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代礦井生產(chǎn)中。本文以雙PWM四象限變頻器作為核心，采用閉環(huán)矢量控制的方法，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)高效、安全運(yùn)行的目的，主要介紹了提升機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路和控制電路的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：變頻器 調(diào)速 設(shè)計

中圖分類號：TD53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（a）-0075-02

礦井提升機(jī)是現(xiàn)代化礦山生產(chǎn)的四大系統(tǒng)之一，是綜合化現(xiàn)代大型機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備。作為地面與礦井的主要運(yùn)輸通道，在煤礦的安全生產(chǎn)中，提升機(jī)發(fā)揮著不可替代的作用[1]。調(diào)速系統(tǒng)在礦井提升機(jī)系統(tǒng)中極其重要，是保證提升機(jī)安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵所在。因此，提高提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能，保證提升機(jī)的正常運(yùn)行，進(jìn)而保證整個提升系統(tǒng)的正常運(yùn)行顯得尤為重要。提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)采用雙PWM四象限矢量變頻器，控制方式采用閉環(huán)矢量控制，具有功率因數(shù)高、動態(tài)響應(yīng)快、電能利用率高等優(yōu)點(diǎn)，同時解決了諧波污染的問題。

1 變頻器主電路元器件的設(shè)計

變頻器的主電路設(shè)計特別重要，主要由低壓斷路器、電源濾波器、上電緩沖電阻（R0）和變頻器輸入側(cè)電磁接觸器（MC）等組成，如圖1所示。

1.1 低壓斷路器

根據(jù)所選擇變頻器的參數(shù)（額定電壓380V、額定電流400A）確定低壓斷路器的參數(shù)。選擇的低壓斷路器額定電壓與變頻器一致為380V；為避開變頻器啟動時沖擊電流峰值，電流容量應(yīng)為變頻器額定電流的1.5～2IN（即為600～800A），整定值為斷路器額定值的3～4倍。查閱斷路器參數(shù)手冊，確定選擇斷路器的型號為DZ20Y-630。

1.2 電磁接觸器

回路開斷器件不使用接觸器，如果變頻器控制回路或輔助器件發(fā)生故障時，接觸器能夠及時斷開主回路。電磁接觸器額定電壓與電源電壓同為380V，額定電流可以按照變頻器的額定電流的1.3～1.5IN選擇。即接觸器額定電流為：

IN=（1.3～1.5）×400A=520～600A

根據(jù)接觸器的額定電壓及額定電流，查閱相關(guān)參數(shù)手冊，接觸器型號選用西門子3RT1276-6NP36。

為了減小變頻器上電瞬間，由于濾波電容充電而流過整流電路的浪涌電流，在電路中增加了電緩沖電阻R0。

1.3 電源濾波器

電源濾波器由L1、R1、C1組成，它的主要作用是抑制變頻器輸入側(cè)高次諧波的噪聲干擾，抑制外界無線電干擾以及瞬時沖擊、浪涌對變頻器的干擾，具備線路濾波和輻射的作用，具有良好的共模和差模干擾抑制能力。根據(jù)變頻器的容量并查閱濾波器配置手冊，確定電源濾波器型號為NFI-800。

2 變頻器控制回路設(shè)計

為了提高提升機(jī)工作的安全性，變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)采用閉環(huán)矢量控制，即需要在電機(jī)側(cè)安裝編碼器，將電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的脈沖信號及時反饋給變頻器。

系統(tǒng)中通過PLC對繼電器KA13和KA14的控制來實(shí)現(xiàn)對變頻器正反轉(zhuǎn)運(yùn)行及停車的控制，當(dāng)提升機(jī)正向開車條件具備且沒有其他故障時，PLC的輸出口Y23驅(qū)動繼電器KA13線圈得電，KA13常開觸點(diǎn)閉合，則變頻器正轉(zhuǎn)啟動信號S1與公共端COM接通，變頻器正轉(zhuǎn)運(yùn)行；當(dāng)提升機(jī)反向開車條件具備且沒有其他故障時，PLC的輸出口Y24驅(qū)動繼電器KA14線圈得電，KA14常開觸點(diǎn)閉合，則變頻器反轉(zhuǎn)啟動信號S2與公共端COM接通，變頻器反轉(zhuǎn)運(yùn)行。提升機(jī)的速度通過改變變頻器的頻率來實(shí)現(xiàn)，變頻器頻率的改變可以通過操作臺上的手閘（速度給定）來改變，也可以通過PLC模擬輸出信號（4～20mA的直流電流信號）來實(shí)現(xiàn)。來自電動機(jī)主軸側(cè)的編碼器信號接入變頻器的編碼器接口TERA端，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的采集，構(gòu)成閉環(huán)控制。其控制線路圖如圖2所示。

3 結(jié)語

綜上所述，提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計克服了傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)和不足，采用四象限變頻器和閉環(huán)矢量控制的方式，滿足了提升機(jī)對速度控制的要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊德東.煤礦固定機(jī)械及運(yùn)輸設(shè)備[M].長春：吉林大學(xué)出版社，2013.

[2] 徐奔.雙PWM變頻器及其控制策略的研究[D].河南理工大學(xué)，2011.endprint