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變頻器在煤礦提升系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
（作者未知） 2010/8/18
摘要：在煤礦提升系統(tǒng)中，變頻器作為特殊的低頻電源，在保持輸出頻率不變的情況下，根據(jù)外部控制信號(hào)的要求和實(shí)際的運(yùn)行速度，控制輸出電壓的大小，實(shí)現(xiàn)了礦井提升機(jī)高壓電機(jī)減速段的平穩(wěn)制動(dòng)和穩(wěn)定爬行。本文對(duì)變頻器在我礦提升系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。
關(guān)鍵詞:變頻器 提升系統(tǒng)
0 引言
礦井提升電機(jī)優(yōu)越的制動(dòng)性能可以使提升機(jī)獲得平穩(wěn)、安全、可靠的制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，避免嚴(yán)重的機(jī)械磨損，防止較大的機(jī)械沖擊，減少機(jī)械部分維修的工作量，延長(zhǎng)提升機(jī)械的使用壽命。隨著礦井提升系統(tǒng)自動(dòng)化，改善提升系統(tǒng)的性能，以及提高提升設(shè)備的提升能力等的要求，對(duì)礦井交流高壓電機(jī)制動(dòng)的要求也越來越高。傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)的制動(dòng)，幾乎都采用動(dòng)力制動(dòng)或低頻發(fā)電機(jī)制動(dòng)的方式，動(dòng)力制動(dòng)方式只能解決制動(dòng)問題，不能較好地解決爬行問題，低頻發(fā)電機(jī)雖然可以較好地解決上述問題，其整個(gè)控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，使用的設(shè)備也比較多，給系統(tǒng)的維護(hù)和檢修帶來一定的不便。普通的變頻器雖然可以輸出較低的頻率，但其系統(tǒng)的建模和設(shè)計(jì)都是針對(duì)低壓電機(jī)的，所以其輸出頻率和輸出電壓間始終存在一定的比例關(guān)系，因此將其直接使用在礦井提升電機(jī)的低頻制動(dòng)和爬行中，也將造成在剛開始低頻投入時(shí)，變頻器的輸出電壓太高，制動(dòng)力矩太大，這時(shí)電機(jī)的發(fā)電狀態(tài)所反饋回變頻器的能量較大，如果變頻器的制動(dòng)電阻選擇得不太恰當(dāng)，也將造成變頻器過壓的危險(xiǎn)，長(zhǎng)時(shí)間使用，將導(dǎo)致變頻器的直流橋電容燒毀，同時(shí)在較低的頻率爬行時(shí)，為了兼顧制動(dòng)，將導(dǎo)致爬行時(shí)電機(jī)的力矩較小。
為此，我礦根據(jù)礦井提升的實(shí)際使用要求，利用ABB公司的變頻器技術(shù)，模擬低頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，采用特殊的軟件編程，達(dá)到了在整個(gè)制動(dòng)和爬行階段，變頻器的輸出頻率都保持不變，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的制動(dòng)曲線和實(shí)際的運(yùn)行速度，直接控制變頻器的輸出電壓，達(dá)到了理想的制動(dòng)效果。采用該特殊軟件的低頻系統(tǒng)，也能在低頻爬行時(shí)輸出較高的電壓，并且還兼顧腳踏、驗(yàn)繩等功能，完全滿足了礦井提升機(jī)的要求。
1 系統(tǒng)的控制方式
1.1 閉環(huán)控制 閉環(huán)控制應(yīng)用在低頻制動(dòng)階段，此時(shí)變頻器的模擬輸入信號(hào)為高壓電機(jī)的模擬速度信號(hào)，正（或反）轉(zhuǎn)信號(hào)閉合，低頻電壓輸出信號(hào)閉合，其他信號(hào)斷開。變頻器將根據(jù)低頻電壓輸出信號(hào)閉合瞬間，模擬電壓輸入信號(hào)的值折算為高壓電機(jī)高壓斷開時(shí)的瞬間速度，以及預(yù)先設(shè)置的減速曲線斜率和制動(dòng)時(shí)間，生成高壓電機(jī)低頻制動(dòng)時(shí)的速度曲線，在保持頻率不變的情況下，根據(jù)實(shí)際的速度反饋和生產(chǎn)的速度曲線，控制變頻器的輸出電壓，達(dá)到良好的制動(dòng)效果。
1.2 開環(huán)控制 開環(huán)控制方式分為低頻爬行、腳踏制動(dòng)和腳踏驗(yàn)繩方式。低頻爬行方式：低頻爬行是在低頻制動(dòng)完成，達(dá)到爬行點(diǎn)速度后，低頻爬行信號(hào)輸入，低頻制動(dòng)完成，變頻器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的低頻電壓輸出。腳踏制動(dòng)方式和腳踏驗(yàn)繩方式：在該兩種方式下，變頻器的輸出電壓都跟踏板帶動(dòng)的自整腳機(jī)輸出的信號(hào)成比例，由司機(jī)確定變頻器需要輸出的低頻電壓。
2 低頻運(yùn)行系統(tǒng)控制
我礦主井提升系統(tǒng)所采用的ACS6000系列產(chǎn)品，根據(jù)提升機(jī)低頻制動(dòng)的特殊要求內(nèi)置了特殊的應(yīng)用宏。該特殊應(yīng)用軟件的低頻輸出頻率可以在變頻器的面板上直接設(shè)置，輸出電壓根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行和外部信號(hào)輸入，自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出電壓。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，當(dāng)提升機(jī)高壓投入，根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行方向輸入正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行信號(hào)，此時(shí)變頻器根據(jù)面板設(shè)置的頻率，輸出所需的低頻頻率，低頻電壓輸出處于“等待”狀態(tài)，同時(shí)變頻器根據(jù)模擬電壓的輸入值，實(shí)時(shí)記錄和監(jiān)視高壓電機(jī)的速度，當(dāng)高壓斷開瞬間，低頻輸出信號(hào)輸入，變頻器將根據(jù)此瞬間記錄的高壓電機(jī)速度，生成高壓電機(jī)低頻制動(dòng)到爬行速度的速度曲線，變頻器輸出端交流接觸器將再延時(shí)約0.5s后閉合，變頻器輸出的低頻電壓開始接入高壓電機(jī)。由于剛開始時(shí)變頻器生成的制動(dòng)曲線和電機(jī)的實(shí)際速度相差較小，變頻器輸出的電壓也較低，制動(dòng)反饋的能量也較小。同時(shí)外部的速度檢測(cè)器也將根據(jù)提升機(jī)的實(shí)際速度，逐級(jí)切除高壓電機(jī)轉(zhuǎn)子上的電阻，確保具有足夠的制動(dòng)力矩。制動(dòng)階段，變頻器將實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)視高壓電機(jī)的速度，根據(jù)所生成的制動(dòng)曲線和實(shí)際速度之間的偏差，模擬低頻發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)變頻器輸出的低頻電壓。當(dāng)高壓電機(jī)的制動(dòng)速度達(dá)到爬行速度時(shí)，爬行信號(hào)輸入，變頻器將根據(jù)預(yù)先設(shè)置的爬行電壓，直接輸出爬行所需低頻電壓。腳踏制動(dòng)和腳踏驗(yàn)繩方式時(shí)，變頻器的低頻頻率也始終保持變頻，低頻輸出電壓將根據(jù)模擬電壓輸入值的大小成比例輸出，達(dá)到所需的制動(dòng)和爬行力矩。
3 應(yīng)用效果
提升機(jī)變頻操控系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：①實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)；②實(shí)現(xiàn)了無級(jí)平滑調(diào)速，可在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)任意調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；③運(yùn)行平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)差沖擊；④響應(yīng)迅速，便于實(shí)現(xiàn)集中（未完，下一頁）
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