摘要：本文分析了礦井提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，詳細(xì)闡述了英威騰CHV190 系列起重提升專用變頻器用于永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的節(jié)能型礦井提升機(jī)的選型配置原則，最后介紹了應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試步驟及注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞: 英威騰CHV190系列起重提升專用變頻器  節(jié)能型礦井提升機(jī)  永磁同步電機(jī)

INVT CHV190 Series Inverter Applied to Mine Hoist Drived by PMSM

一．  引言 

      礦井提升機(jī)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(shí)還要運(yùn)送人員、設(shè)備和材料。因此礦井提升機(jī)工藝對(duì)電氣傳動(dòng)的要求是很高的，主要表現(xiàn)在：提升機(jī)電氣傳動(dòng)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(gè)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(gè)礦井停產(chǎn)；必須滿足提升機(jī)力圖要求并能在四象限平滑運(yùn)行；能夠頻繁進(jìn)行正向、反向、啟動(dòng)、運(yùn)行、停車、制動(dòng)，能按一定的速度圖運(yùn)行；負(fù)載屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

1. 行業(yè)現(xiàn)狀

      目前國(guó)內(nèi)提升機(jī)電控絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機(jī)繼電器－接觸器系統(tǒng)，技術(shù)落后，存在的問(wèn)題很多；例如：①轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費(fèi)；②電阻分級(jí)切換，為有級(jí)調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機(jī)械沖擊；③繼電器、接觸器頻繁動(dòng)作，電弧燒蝕觸點(diǎn)，影響接觸器使用壽命，維修成本較高；④交流繞線異步電動(dòng)機(jī)的滑環(huán)存在接觸不良問(wèn)題，容易引起設(shè)備事故；⑤不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)，不能正常裝卸載。

2. 發(fā)展趨勢(shì)

（1）隨著國(guó)家出臺(tái)一系列節(jié)能降耗、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)相關(guān)政策，各大煤炭企業(yè)將不得不淘汰掉那些高耗能、高污染、生產(chǎn)技術(shù)落后的設(shè)備。礦井提升機(jī)作為生產(chǎn)重要設(shè)備，除高耗能以外，還有著工作結(jié)構(gòu)復(fù)雜、危險(xiǎn)程度大等突出問(wèn)題，因此，技術(shù)落后、設(shè)備陳舊逐漸不能滿足發(fā)展要求，取而代之的將會(huì)是節(jié)能環(huán)保、安全高效的全數(shù)字化生產(chǎn)模式。全數(shù)字化礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

（2）使用變頻器調(diào)速的礦井提升機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)的軟啟動(dòng)、軟停車，減輕對(duì)電網(wǎng)的沖擊；可根據(jù)負(fù)載需要，自動(dòng)輸出合適的功率大大降低了不必要的能量耗損；調(diào)速平滑連續(xù)，使運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定、高效。據(jù)此，變頻器以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在提升機(jī)行業(yè)的應(yīng)用也迎來(lái)了發(fā)展的新時(shí)期。

（3）永磁同步電動(dòng)機(jī)（PMSM）是節(jié)省能源最有效的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)幾乎消耗了許多國(guó)家工業(yè)用電的2／3。出于節(jié)能和環(huán)?？紤]．包括我國(guó)在內(nèi)的世界上許多國(guó)家對(duì)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能均給予了高度重視。PMSM無(wú)需從電網(wǎng)吸取無(wú)功電流建立氣隙磁場(chǎng)，無(wú)激磁損耗。從而顯著提高了效率和功率因數(shù)，比異步電動(dòng)機(jī)具有更顯著的綜合節(jié)能效果，是今后最有發(fā)展前途的電動(dòng)機(jī)。

圖1  礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

二．礦井提升機(jī)參數(shù)與電氣系統(tǒng)

      礦井提升機(jī)機(jī)械部分采用JK-3型提升機(jī)，卷筒數(shù)量1個(gè)，卷筒直徑3m，鋼絲繩最大靜張力135KN，最大提升速度5.73M/S。

      電氣部件主要由開關(guān)柜、控制柜、功率電阻柜、變頻器柜、操作臺(tái)、和電機(jī)組成；控制系統(tǒng)采用西門子S7-300系列PLC；傳動(dòng)系統(tǒng)采用英威騰CHV190-1000G-6型起重專用變頻器；電機(jī)采用TYPK型950KW / 40極變頻三相同步節(jié)能型永磁電機(jī)。

圖 2  電氣傳動(dòng)系統(tǒng)方案

      傳動(dòng)系統(tǒng)方案如圖2所示，變壓器二次側(cè)690V三相交流電源經(jīng)隔離開關(guān)、熔斷器、接觸器、輸入電抗器提供給變頻器，CHV190-1000G-6變頻器采用并機(jī)方式，即由2臺(tái)690V500KW變頻器并機(jī)組成，每臺(tái)變頻器均配置輸入、輸出電抗器，與電動(dòng)機(jī)同軸安裝UVW型同步電動(dòng)機(jī)專用編碼器。電氣制動(dòng)采用2臺(tái)DBU100H-320-6能耗制動(dòng)單元；每臺(tái)制動(dòng)單元連接4Ω180KW制動(dòng)電阻。

      變頻器電氣控制系統(tǒng)原理如圖3所示?？刂齐娐酚煽刂谱儔浩鬏敵龅腁C220V電源再通過(guò)隔離變壓器、開關(guān)電源后，輸出AC220V、DC24V、DC12V電源分別提供給PLC、顯示器、繼電器、檢測(cè)器件、電磁閥等；變頻器采用端子控制模式，操作指令由控制臺(tái)發(fā)起，經(jīng)PLC處理后輸出，通過(guò)PLC與變頻器控制板I/O接口連接線傳遞信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

      為了提高變頻器對(duì)電機(jī)的精確控制，采用閉環(huán)矢量控制模式，防止溜鉤或因上升或下降啟動(dòng)時(shí)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不足而引起沖擊機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)的現(xiàn)象。變頻器多功能端子組S1—S6（HDI）對(duì)應(yīng)指令為提升機(jī)上行、下行、變頻器復(fù)位、驗(yàn)繩、自動(dòng)恒速1、自動(dòng)恒速2；啟動(dòng)聯(lián)鎖對(duì)應(yīng)擴(kuò)展I/O卡的S7端子，多功能模擬量輸入AI1設(shè)定提升機(jī)運(yùn)行速度。兩路輸出繼電器RO1、RO2，其中RO1設(shè)置為故障輸出功能，RO2設(shè)置為變頻器輸出頻率檢測(cè)功能以控制電機(jī)制動(dòng)器的抱閘接觸器。礦井提升機(jī)抱閘控制繼電器KB通過(guò)變頻器輸出繼電器RO2控制。不工作時(shí)，制動(dòng)控制繼電器RO2A與RO2C之間為常開觸點(diǎn)，當(dāng)上升或下降端子接通時(shí)，變頻器按設(shè)定頻率啟動(dòng)， RO2A與RO2C之間接通，抱閘控制繼電器KB吸合，電磁閥線圈得電，制動(dòng)器松閘，處于可運(yùn)行狀態(tài)。

圖3  變頻器電氣控制原理圖

圖4  現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

三．變頻器參數(shù)設(shè)定與調(diào)試

1. 變頻器設(shè)定參數(shù)值

根據(jù)提升機(jī)電氣系統(tǒng)原理接線圖以及用戶要求，變頻器運(yùn)行設(shè)定參數(shù)如下表所示：

2.系統(tǒng)調(diào)試

      在確保主電路及控制電路接線正確的情況，系統(tǒng)開始上電調(diào)試。按照提升機(jī)行業(yè)的實(shí)驗(yàn)規(guī)則，將調(diào)試分為空載調(diào)試、1/2額定負(fù)載調(diào)試、額定負(fù)載調(diào)試及125%額定負(fù)載調(diào)試幾個(gè)階段。調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)照片如圖4所示。  

      變頻器采取閉環(huán)矢量控制模式，在編碼器安裝之后，通過(guò)自學(xué)習(xí)獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極初始角度，根據(jù)電機(jī)磁極角度與反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)的關(guān)系定位旋轉(zhuǎn)編碼器。自學(xué)習(xí)前必須正確輸入電機(jī)的銘牌參數(shù)（P2.01-P2.05），為了確保自學(xué)習(xí)效果最佳，進(jìn)行動(dòng)態(tài)自學(xué)習(xí)。

      電機(jī)空載、帶載運(yùn)行過(guò)程中，分別測(cè)試變頻器電流、電壓、頻率的輸出波形以及各信號(hào)指令。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試驗(yàn)證，該礦井提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，控制指令邏輯正確，起停運(yùn)行平穩(wěn)無(wú)明顯沖擊，各方面性能完全達(dá)到用戶要求。

四、結(jié)束語(yǔ)

      英威騰CHV190系列起重提升專用變頻器是一款高性能矢量變頻器，廣泛應(yīng)用于起重、提升行業(yè)的各類起重機(jī)、礦井提升機(jī)等高端應(yīng)用場(chǎng)合。在永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的礦井提升機(jī)應(yīng)用中，通過(guò)變頻器對(duì)電機(jī)的高精度控制，使運(yùn)行既安全又高效，在起停過(guò)程中，幾乎感覺(jué)不到機(jī)械系統(tǒng)的沖擊，大大增強(qiáng)了提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的平穩(wěn)性和舒適感，同時(shí)節(jié)能效果顯著，是礦山提升機(jī)的理想更新?lián)Q代產(chǎn)品。