變頻調(diào)速裝置在副井提升機(jī)的改造應(yīng)用

　　通過(guò)對(duì)付立井提升機(jī)控制傳統(tǒng)的繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式的改造，闡述了對(duì)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(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)時(shí)，提升機(jī)減速和爬行階段的速度控制、性能差、嚴(yán)重耗能等問(wèn)題，為用戶提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，實(shí)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。

　　1.概述

　　四老溝礦南陽(yáng)路路付立井提升機(jī)控制系統(tǒng)是傳統(tǒng)的繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式，在加速過(guò)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(dòng)機(jī)低速運(yùn)行，則需在轉(zhuǎn)子回路串較大電阻。這種拖動(dòng)方案存在的問(wèn)題是：

　　1.1開(kāi)環(huán)有級(jí)調(diào)速，加速度難以準(zhǔn)確控制，調(diào)速精度差；

　　1.2觸點(diǎn)控制，大量使用大容量開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)電流和換檔電流沖擊大，接觸器頻繁投切，電弧燒傷觸點(diǎn)，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(hù)工作量大，可靠性差；

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

　　1.4電機(jī)的機(jī)械特性偏軟，一般電阻上消耗的功率約為電動(dòng)機(jī)輸出功率的20%—30%；

　　1.5接觸器經(jīng)常吸合與斷開(kāi)，噪音比較大；

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

　　2.變頻調(diào)速裝置的改造

　　2.1改造過(guò)程

　　沖變頻調(diào)速電控系統(tǒng)共由一臺(tái)可控硅轉(zhuǎn)子調(diào)速柜、一臺(tái)電阻柜和一臺(tái)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(jì)生產(chǎn)的用于交流提升機(jī)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(hù)方便、可靠性高等特點(diǎn)，減少了設(shè)備的占地面積。所有硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，大大提高了維護(hù)的效率。無(wú)機(jī)械噪聲和磨損，避免了機(jī)械傳動(dòng)部分的維修，同時(shí)固定觸發(fā)，周期性好。

　　本裝置為8級(jí)起動(dòng)電阻切換方式運(yùn)行，當(dāng)提升機(jī)等速運(yùn)行至減速點(diǎn)時(shí)，由司機(jī)根據(jù)運(yùn)行速度按需要切換轉(zhuǎn)子電阻，直至爬行運(yùn)行，或根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，在運(yùn)行到減速點(diǎn)時(shí)，由限速開(kāi)關(guān)給出減速信號(hào)，PLC檢測(cè)到減速信號(hào)后發(fā)送給控制器，由控制器啟動(dòng)自動(dòng)減速程序，使工作頻率按設(shè)定要求逐步變?yōu)榈退龠\(yùn)行。當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)給出超速信號(hào)，PLC檢測(cè)該信號(hào)發(fā)送給控制器，進(jìn)入自動(dòng)減速運(yùn)行，當(dāng)井口或深度指示器傳感器監(jiān)測(cè)到罐籠到停車位后，信號(hào)反饋至PLC，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車。減速階段再生能量通過(guò)功率單元來(lái)處理。電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，功率單元母線電壓升高，當(dāng)母線電壓超過(guò)電網(wǎng)電壓的1.1倍時(shí)，CPU根據(jù)比較器和相位檢測(cè)的結(jié)果，通過(guò)移相變壓器回饋到電網(wǎng)，裝置充分利用了移相變壓器對(duì)諧波的抵消作用，具有對(duì)電網(wǎng)無(wú)諧波污染、功率因數(shù)高、控制簡(jiǎn)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。

　　繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接電阻調(diào)速時(shí)，通過(guò)電阻的分級(jí)切換和正反轉(zhuǎn)接觸器切換，實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速和正反轉(zhuǎn)控制。其中，工作點(diǎn)1和工作點(diǎn)2為電動(dòng)狀態(tài)，工作點(diǎn)3為能耗制動(dòng)狀態(tài)，工作點(diǎn)4為再生發(fā)電機(jī)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(wú)級(jí)調(diào)速。圖2中1區(qū)為電動(dòng)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(mén)子S7-300系列可編程控制器，其結(jié)構(gòu)緊湊，功能強(qiáng)大，模塊化設(shè)計(jì)，可靠性高。內(nèi)置的綜合診斷能力，高速計(jì)算能力，完整的指令集等。

　　2.2.2采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)了軟停車，減少了機(jī)械沖擊，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。起動(dòng)及加速時(shí)沖擊電流很小，減輕了對(duì)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(guò)EMC濾波器，有效控制了回饋時(shí)的諧波含量。

　　2.2.4簡(jiǎn)化了操作、降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，故障率大大降低。

　　2.2.5運(yùn)行速度曲線成S形，低速力矩可達(dá)200%，使加減速平滑、無(wú)撞擊感。

　　2.2.6安全保護(hù)功能齊全，除一般的過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路、溫升等保護(hù)外，還具有以下的保護(hù)功能：

　　（1）深度指示器斷軸保護(hù)；

　　（2）減速點(diǎn)后備保護(hù)；

　　（3）接近井口定點(diǎn)檢測(cè)限速保護(hù)；

　　（4）防倒轉(zhuǎn)保護(hù)；

　　（5）給定方向記憶保護(hù)；

　　（6）二級(jí)制動(dòng)解除保護(hù)；

　　（7）減速段超速保護(hù)；

　　（8）測(cè)速發(fā)電機(jī)欠壓保護(hù)；

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

　　采用現(xiàn)代智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)調(diào)節(jié)，負(fù)力減速階段在各種負(fù)載條件下可嚴(yán)格按照給定的速度圖運(yùn)行，使交流拖動(dòng)系統(tǒng)在減速段已達(dá)到直流拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速性能。系統(tǒng)具有完善的自診斷能力，通過(guò)液晶顯示器可以指示70余種故障信息、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)等，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)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(dòng)方式，將系統(tǒng)的動(dòng)能反饋給電網(wǎng)，與動(dòng)力制動(dòng)減速相比，不僅調(diào)速性能好，減速與爬行自然過(guò)渡，而且節(jié)能效果顯著。

　　3.經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

　　有效地解決了使用交流繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)時(shí)，提升機(jī)減速和爬行階段的速度控制、性能差、嚴(yán)重耗能等問(wèn)題，為用戶提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，實(shí)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(jì)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(yǔ)

　　副立井提升機(jī)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(jī)械部份壽命延長(zhǎng)，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(jiǎn)單、應(yīng)用靈活、編程方便，維護(hù)工作量比原系統(tǒng)減少了40%，耗電量減少了20～30%，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，大大提高了提升機(jī)的安全運(yùn)行，縮短了提升時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。