艾默生SP系列變頻器在礦井提升系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘 要:簡要介紹了艾默生CT SP系列變頻器的容量選擇、外接制動電阻、控制回路的抗干擾措施及變頻器的故障診斷與日常維護(hù)等方面的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:容量選擇;制動電阻;抗干擾;故障診斷;日常維護(hù);應(yīng)用
引言 礦井提升設(shè)備在按對供電可靠性要求的負(fù)荷分類中,屬于二級負(fù)荷,是礦井運(yùn)輸?shù)闹饕h(huán)節(jié),主要任務(wù)是提升井下的矸石、煤和廢石,同時還要運(yùn)送人員、設(shè)備和材料,因此礦井提升機(jī)工藝對電氣傳動的要求是很高的。主要表現(xiàn)在:第一,提升機(jī)電氣傳動的可靠性,不僅關(guān)系到礦井的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)計(jì)劃管理,而且直接關(guān)系到井下每個礦工的生命安全,電控設(shè)備的任何故障都可能造成人身事故和整個礦井停產(chǎn)。第二 ,必須滿足提升機(jī)力圖要求并能在四象限平滑運(yùn)行。第三,能夠頻繁進(jìn)行正向、反向、啟動、運(yùn)行、停車、制動,能按一定的速度圖運(yùn)行。第四,負(fù)載屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,對礦井提升機(jī)來說,負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小,僅僅取決于負(fù)載的輕重,而與轉(zhuǎn)速的大小無關(guān)。
礦井提升過程一般包括:啟動加速、等速、減速、爬行和停車五個環(huán)節(jié)。目前我國傳統(tǒng)煤礦提升機(jī)廣泛采用交流繞線式感應(yīng)電動機(jī)拖動。根據(jù)感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的機(jī)械特性,當(dāng)在轉(zhuǎn)子回路串接附加電阻后,機(jī)械特性硬度降低,穩(wěn)定性受到影響。一般調(diào)速范圍不大于(2~3)。另外轉(zhuǎn)子回路的電流較大,不宜長時間低速運(yùn)轉(zhuǎn)。在啟動加速過程中,為了既不出現(xiàn)不容許的過載,又能發(fā)揮電力拖動的最大工作效果,要求提升各環(huán)節(jié)依一定的順序在適當(dāng)?shù)臅r間內(nèi)完成,以保證在各環(huán)節(jié)過渡中電動機(jī)的電流和轉(zhuǎn)矩不超過允許的極限值。目前一般采用以電流為主、時間為輔的控制原則,既通過檢測電流和時間來切換轉(zhuǎn)子電阻;在減速過程中,一般采用斷開三相電源投入直流電流進(jìn)行動力制動減速,同時投入合適的轉(zhuǎn)子電阻。為保證減速度符合有關(guān)煤安要求,一般在機(jī)械傳動部安裝凸輪盤,通過凸輪盤曲線調(diào)整注入到電動機(jī)直流電流的大小,使得負(fù)載按設(shè)定的速度曲線運(yùn)行。進(jìn)入爬行階段,由于速度降低,轉(zhuǎn)子切割直流電流建立的磁場變慢,制動力降低,此時不能用直流制動進(jìn)入爬行階段,一般引入一套低頻電源裝置控制電機(jī)在低速爬行直到投入液壓盤閘停車。通過以上對傳統(tǒng)提升機(jī)電控介紹,為滿足有關(guān)煤安對提升的加速度、減速度、速度運(yùn)行曲線、正反向力的控制的要求,用感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速方式用于煤礦提升的控制電路極其復(fù)雜、由于負(fù)載的不確定,在減速階段通過凸輪盤對注入直流電流的負(fù)反饋的電子電路調(diào)試難度非常大;特別是在進(jìn)入爬行階段需增加一套低頻電源裝置,在切換瞬間,整個控制系統(tǒng)會出現(xiàn)短暫失控狀態(tài)。
而新型的礦井提升機(jī)變頻電控設(shè)備采用變頻器作為核心部件,發(fā)展十分迅速。它在操控性能、節(jié)能,降低噪音,維護(hù)量等方面的優(yōu)點(diǎn)非常突出??梢愿拘缘慕鉀Q以上傳統(tǒng)提升電控出現(xiàn)的所有問題。但各類變頻器均有各自的使用特點(diǎn)和差異,本文就艾默生CT SP系列變頻器在2.5米礦井提升機(jī)中的應(yīng)用和選配作簡單介紹。主井為立井,井筒深度325米,井架高度22米,主井采用的提升機(jī)為2JK-2.5?1.5/31.5型單繩纏繞式提升機(jī),鋼絲繩最大靜張力為90kN,兩根鋼絲繩最大靜張力差為55kN,原配電機(jī)為26OKW10KV繞線型三相異步電動機(jī),所配電控為繼電邏輯控制的串電阻調(diào)速電氣控制系統(tǒng)。為了適應(yīng)煤礦新形勢的需要,滿足煤安最新要求,將原電控系統(tǒng)改造成節(jié)能、便于維護(hù)與操作、技術(shù)先進(jìn)價(jià)格合理的變頻電氣控制系統(tǒng)。
經(jīng)過多方考察與經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較,改造后的電源將原10KV電壓通過一個500KVA變壓器降壓為380V,主電機(jī)改為YVF400L4-10型355KW380V變頻調(diào)速三相異步電動機(jī),通過對多種變頻器進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和綜合性能比較,我采用了EMERSON CT CT公司的SP系列變頻器,該電控系統(tǒng)已于去年成功使用,用戶特別滿意,節(jié)能效果比較明顯。
變頻裝置主要技術(shù)參數(shù) (1)輸入電源電壓AC380-480V,頻率50HZ;電壓允許波動范圍 /-10%;頻率允許波動范圍48-65HZ; (2)輸出頻率范圍0~50Hz連續(xù)可調(diào); (3)額定重載輸出功率:500kW。 (4)過載能力200%以上,1分鐘; (5)有較高的功率因數(shù)cOS(p>0.98; (6)低頻運(yùn)轉(zhuǎn)時,有自動轉(zhuǎn)矩提升功能,能保證200% 的額定轉(zhuǎn)矩; (7)變頻器設(shè)有過壓、欠壓、過流、過載,功率元件過熱和電機(jī)缺相等保護(hù),設(shè)有故障記憶功能,能保留最近10次故障的功能號碼和最后一次故障的參數(shù); (8)總諧波含量<5%。< font="">
主要技術(shù)原理 (1)采用全數(shù)字速度傳感器閉環(huán)矢量控制,使系統(tǒng)調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高。變頻器在低頻運(yùn)行時,也保證有175%以上額定力矩輸出。最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的2倍,矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機(jī)定子電流矢量,根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機(jī)的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制,從而達(dá)到控制異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量(勵磁電流)和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)分別加以控制,并同時控制兩分量問的幅值和相位,即控制定子電流矢量,這種控制方式稱為矢量控制方式。這樣就可以將一臺三相異步電機(jī)等效為直流電機(jī)來控制,因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動態(tài)性能。新型矢量控制變頻器具備異步電動機(jī)參數(shù)自動檢測、自動辨識、自適應(yīng)功能,在驅(qū)動異步電動機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動地對異步電動機(jī)的參數(shù)進(jìn)行辨識,并根據(jù)辨識結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù),從而對普通的異步電動機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制。
(2)操作簡便可靠,司機(jī)只用主令控制手把就可以實(shí)現(xiàn)絞車的起動、等速、減速、爬行和重物下放時操作,減輕了操作強(qiáng)度。
(3)當(dāng)絞車作重物下放操作時,電動機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行,此時系統(tǒng)能自動將電動機(jī)發(fā)出的再生能量消耗在制動電阻上。同時,制動力矩增大,保證了絞車下放時的安全性。
(4)雙加/減速時間可根據(jù)提人和提物選擇改變變頻器內(nèi)的加速度、減速度的不同值
(5)具備變頻器諧波治理。
1、變頻器容量選擇原則 在提升機(jī)械中,選擇電動機(jī)容量的依據(jù)是電機(jī)線圈的發(fā)熱量。就是說,在電動機(jī)帶得動的前提下,只要其溫升在允許范圍內(nèi),短時間的過載是允許的。若電動機(jī)以變速度和變力矩運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱量與此電動機(jī)以額定轉(zhuǎn)速和固定力矩運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱量相等,就可以根據(jù)該固定力矩和額定轉(zhuǎn)速來計(jì)算和選擇電動機(jī)的容量,通常稱此固定力矩為等效力矩。電動機(jī)的過載能力一般定為額定轉(zhuǎn)矩的1.8-2.2倍。
當(dāng)電動機(jī)和變頻器以恒轉(zhuǎn)矩工作時,在長時工作制(S1)下,EMERSON CT公司SP6及以上系列變頻器的電流允許在閉環(huán)狀態(tài)下60S內(nèi)有50%的過載,對啟動轉(zhuǎn)矩和加速轉(zhuǎn)矩提供一個足夠的備用。由于礦井提升機(jī)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,因此變頻器的基本負(fù)載電流最少要等于在所要求的負(fù)載工作點(diǎn)在滿載轉(zhuǎn)矩下的電機(jī)電流值。變頻器的容量選擇原則應(yīng)符合以下原則: (1)由于礦井提升機(jī)屬于重載啟動運(yùn)行,電機(jī)級數(shù)一般為6級以上,因此變頻器的額定功率至少要比電機(jī)功率放大一至二檔,并且變頻器的重載最大持續(xù)輸出電流要大于電動機(jī)的額定電流。一般來說,變頻器額定功率為電機(jī)額定功率的1.3倍左右。
(2)變頻器的最大電流必須大于或至少等于電機(jī)的額定電流,在多電機(jī)傳動下,大于或等于總的電機(jī)額定電流。否則過低的漏感會產(chǎn)生過高的電流尖峰,導(dǎo)致跳閘。
由于主電機(jī)額定電流為720A,根據(jù)以上原則,并考慮到第一次配用,因此變頻器重載最大持續(xù)輸出電流選為900A,變頻器型號為SP9414,正常負(fù)載下標(biāo)稱功率為560kW,重載下標(biāo)稱功率為500kW。
為了使用閉環(huán)矢量控制功能,還需在主電機(jī)軸端安裝一個正交增量型編碼器,以及時反饋電機(jī)信號。
2、自配外接制動電阻及選擇 礦井提升機(jī)在下放重物時,將產(chǎn)生大量的再生能量。對再生能量的處理方法有兩種,一種是用制動單元和制動電阻來吸收,另一種是通過設(shè)置在直流公共母線上的整流回饋裝置回饋到電網(wǎng)。由于整流回饋裝置價(jià)格較貴,對電網(wǎng)的要求也較高,且礦井提升機(jī)的總工作時間并不長。綜合性價(jià)比,一般采用制動單元加制動電阻的能耗制動方<< span="">
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