時(shí)間:2010-06-01 11:09:52來源:sunjuan
摘要:本文介紹了風(fēng)光牌高壓提升機(jī)變頻器在煤礦副井上的應(yīng)用情況,對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行了分析。由于礦井提升機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速精度及加減速度要求較高,必須采用高精度變頻調(diào)速系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞:高壓變頻器 提升機(jī) 能量回饋
Abstract:The article introduces the application instances of FengGuang high inverter in mining hoist,and analyses the power-saving effect.High precision variable-frequency adjustable speed system should be adopted because mine hoist requires high-precision rotate speed and acceleration or deceleration.
Key Words: High inverter Mining hoist Energy feedback
1 引言
山西蘭花煤炭實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司唐安煤礦,是蘭花公司屬下一個(gè)前景廣闊的現(xiàn)代化礦井。該分公司前身唐安煤礦,始建于建國(guó)初期,組建蘭花集團(tuán)前,屬高平市市營(yíng)煤礦?,F(xiàn)占地面積55萬平方米,井田面積29.95平方公里,屬沁水煤田腹地,地質(zhì)儲(chǔ)量3.39億噸,工業(yè)儲(chǔ)量2.23億噸,可采儲(chǔ)量1.37億噸。年生產(chǎn)能力150萬噸。
礦井提升機(jī)是煤礦的關(guān)鍵設(shè)備,它肩負(fù)著井上井下的物體運(yùn)輸 的重任。礦井提升有主井提升和副井提升之分,主引提升的作用是沿井筒提升有益礦物(如煤炭等),副井提升的主要作用是沿井筒提升矸石、下放材料、升降人員或設(shè)備等。礦井提升機(jī)在整個(gè)煤礦生產(chǎn)中占有重要的地位。因此,要求礦井提升機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)具有安全可靠,運(yùn)行高效且定位準(zhǔn)確的能力。
礦并提升機(jī)作為礦山最大的電氣設(shè)備之一,其耗電量占礦山總耗電量的30%—40%,并且運(yùn)行特性復(fù)雜,速度快,慣性大,一旦提升機(jī)失去控制,不能按照給定速度運(yùn)行,就可能發(fā)且超速、過卷等重大安全事故,造成設(shè)備損壞甚至人員傷亡,給礦山帶來重大人事和財(cái)產(chǎn)損失。因此礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性直接影響煤礦的安全生產(chǎn)。
原副井提升機(jī)系統(tǒng)采用交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速,由于該系統(tǒng)調(diào)速精度低,可靠性差,維護(hù)費(fèi)用大,蘭花集團(tuán)唐安煤礦領(lǐng)導(dǎo)通過考察國(guó)內(nèi)用戶現(xiàn)場(chǎng)使用提升機(jī)變頻器的情形后,決定選用新風(fēng)光JD-BP37-280T型(280KW/6KV)高壓提升機(jī)變頻器,對(duì)副井提升機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)改造。
2原礦井提升機(jī)系統(tǒng)概述
2.1.2減速器
2.1.3三相異步電動(dòng)機(jī)(江西電機(jī)廠)
2.2交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng)
在加速過程中,交流接觸器KM1、KM2、KM3、KM4逐級(jí)吸合,轉(zhuǎn)子回路電阻依次減小,以保證加速力矩的平均值不變。如果要求電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行,則需在轉(zhuǎn)子回路串較大電阻。為了解決減速段的負(fù)力要求,通常采用動(dòng)力制動(dòng)方案,即將定子側(cè)的高壓電源切除,施加直流電壓,或在定子繞組上施加低頻電源,讓電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電伏態(tài)。
這種拖動(dòng)方案存在的問題是:
(1)開環(huán)有級(jí)調(diào)速,加速度難以準(zhǔn)確控制,調(diào)速精度差;
(2)觸點(diǎn)控制,大量使用大容量開關(guān),系統(tǒng)維護(hù)工作量大,可靠性差;
(3)運(yùn)行效率低,在低速時(shí)大部分功率都消耗在電阻上;
(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%;(5)接觸器經(jīng)常吸合與斷開,噪音比較大。
3高壓提升機(jī)變頻器系統(tǒng)原理
3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
JD-BP37系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6KV系列有18個(gè)功率單元,每6個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。
3.2功率單元電路
每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致,可以互換,其主電路結(jié)構(gòu)有圖2所示,為基本的交-直-交雙向逆變電路。圖中通過整流橋進(jìn)行三相全橋方式整流,整流后的給濾波電容充電,確定母線電壓,通過對(duì)逆變塊B中的IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制實(shí)現(xiàn)單相逆變。當(dāng)電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)后,逆變塊B中的二極管完成續(xù)流外,又起全波整流,使能量能夠轉(zhuǎn)移到濾波電容中,結(jié)果母線電壓升高,達(dá)到一定程度后,啟動(dòng)逆變塊A,進(jìn)行SPWM逆變,通過輸入電感,返回到移相變壓器的次極,通過變壓器將能量回饋到電網(wǎng)。
3.5控制器
控制器核心由高速32位數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)運(yùn)算來實(shí)現(xiàn),精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。人機(jī)界面提供友好的全中文WINDOWS監(jiān)控和操作界面,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號(hào)的邏輯處理,以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào),可以和用戶現(xiàn)場(chǎng)靈活接口,滿足用戶的特殊需要,增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。
數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)相對(duì)于模擬信號(hào)處理有很大的優(yōu)越性,表現(xiàn)在精度高、靈活性大、可靠性好、易于集成、易于存儲(chǔ)等方面。傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理技術(shù)正由全新的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)(DSP)所代替。DSP是面向高速重復(fù)性數(shù)值運(yùn)算密集型的實(shí)時(shí)處理。高性能DSP不僅處理速度快,而且可以無間斷的完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)輸入與輸出。DSP結(jié)構(gòu)相對(duì)單一,普遍采用匯編編程,其處理完成時(shí)間的可預(yù)測(cè)性要比結(jié)構(gòu)和指令復(fù)雜、依賴于編譯系統(tǒng)的普通微處理器強(qiáng)的多。它可以單周期完成這些乘加并行操作,而普通微處理器需要至少4個(gè)指令周期,因此在相同的指令周期和片內(nèi)指令緩沖條件下,是普通微處理器運(yùn)算速度的4倍以上。
3.7 基本控制功能及特點(diǎn)
3.7.1 直流制動(dòng)
本提升機(jī)用變頻器,直流制動(dòng)對(duì)提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行起到重要作用,當(dāng)重車在中間停車時(shí),PLC檢測(cè)到停機(jī)信號(hào)后給控制器發(fā)出信號(hào),讓提升機(jī)由高速平滑地降到低速,然后由控制器發(fā)出直流制動(dòng)信號(hào),使提升機(jī)停止,待PLC檢測(cè)到機(jī)械制動(dòng)起作用的信號(hào)后,PLC發(fā)出信號(hào)讓控制器去掉直流制動(dòng)信號(hào),使提升機(jī)靠機(jī)械抱閘一類的裝置起作用。啟動(dòng)時(shí),先對(duì)提升機(jī)施加一直流制動(dòng)信號(hào),PLC檢測(cè)到機(jī)械抱閘信號(hào)后發(fā)出信號(hào)給控制器去掉直流制動(dòng)信號(hào),然后由控制器加上啟動(dòng)電壓讓提升機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)械抱閘狀態(tài)一直在PLC的監(jiān)控下,一旦機(jī)械抱閘打開,馬上給電機(jī)施加直流信號(hào),確保重車不下滑。直流信號(hào)是以PWM方式向電機(jī)的某一繞組施加一定占空比的直流脈沖,使電機(jī)磁場(chǎng)維持在一恒定方向不變,對(duì)運(yùn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)力矩。
3.7.2運(yùn)行速度的控制
為了減少運(yùn)行過程中的機(jī)械沖擊,在提升機(jī)啟動(dòng)和停止過程中,做到加速度連續(xù),因不同的頻率,對(duì)應(yīng)不同的加減速速率,在本裝置的控制中,將不同頻率時(shí)的加減速速率規(guī)劃成一個(gè)表格,運(yùn)行中用查表的方法確定對(duì)應(yīng)頻率時(shí)的加減速速率,使提升機(jī)平滑運(yùn)行,減少機(jī)械沖擊。
再生能量通過功率單元來處理,見圖5所示。電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài),功率單元母線電壓Vbus升高,當(dāng)母線電壓超過電網(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)果輸出六路SPWM波形,使逆變塊A中的IGBT工作,通過輸入電感,電動(dòng)機(jī)的再生能量最后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(duì)諧波的抵消作用,具有對(duì)電網(wǎng)無諧波污染、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%。
注:1 對(duì)高壓變頻器而言,輸入電流諧波和輸出電壓諧波是關(guān)鍵指標(biāo),這兩項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)國(guó)家權(quán)威部門的檢測(cè),均達(dá)到國(guó)標(biāo)GB/14549-93和國(guó)際IEEEStd519-1992的標(biāo)準(zhǔn)。
2 國(guó)家權(quán)威部門的檢測(cè)共有17項(xiàng),全部合格,檢測(cè)日期是2002年11月。
3 國(guó)家權(quán)威部門天津發(fā)配電及電控設(shè)備檢測(cè)所和國(guó)家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心。
4現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況及運(yùn)行性能
4.1負(fù)載特性試驗(yàn)
由于副井絞車提升負(fù)載情況比較復(fù)雜,因此,在調(diào)速階段進(jìn)行了多種試驗(yàn),以檢驗(yàn)變頻器的性能。
4.1.1爬行速度試驗(yàn)
全程速度為0.25m/s,運(yùn)行平穩(wěn)。
4.1.2提升常規(guī)物料試驗(yàn)(如沙子、水泥、矸石)
全速提升或下放,起車加速階段、等速、減速、爬行各階段運(yùn)行良好。
4.1.3提升人員運(yùn)行試驗(yàn)全速提升或下放
在起車加速、勻速、減速、爬行等各階段運(yùn)行良好。人員在罐籠內(nèi)乘坐時(shí),加、減速階段重力增加和失重的感覺幾乎沒有,速度控制的各個(gè)階段運(yùn)行感覺較為平穩(wěn)。
4.1.4重載試驗(yàn)
(1)上提:試驗(yàn)低速爬行的拖動(dòng)能力。負(fù)載在井口時(shí)上提爬行速度約為0.15m/s;下放到井底后再次上提(重物在井底又增加了168×2米鋼絲繩約1噸重),采用合適的低頻補(bǔ)償量后正常起動(dòng),爬行速度約為0.15m/s。重物上提全程運(yùn)行時(shí)間由通常負(fù)載的54s增加65s,原因是低速爬行速度在重載條件下,爬行速度有所下降(由0.25m/s降為0.15m/s),造成了運(yùn)行時(shí)間比常規(guī)提升重量狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)間有所增加。重物上提速度為5.77m/s(頻率為50.3Hz);下放速度為5.88m/s(頻率為49.92Hz)。
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