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    煤矿提升机改造
    点击:   发布日期:2012-04-17
    1引言
    系统采用变频调速的优点:
    (1)在电网波动±20%范围内,恒转矩提升,不会因为电网波动影响负载提升情况。
    (2)实现了电机软启动,启动力矩大,带负载能力强。
    (3)电机可以实现无级调速,加、减速过程平滑,电流冲击小,大大减轻了机械冲击的强度。
    (4)采用芯片控制和PLC外端电路接口相结合,使调速系统具有很高的可靠性,同时利用PLC强大的控制能力,易于实现现场灵活的控制方式。
    (5)机内具备回馈单元,再生能量回馈给电网,系统实现四象限运行。
    (6)机内具备完备的安全保护功能。
    (7)节能效果显著。
    2用户情况介绍
    用户绞车提升机电机型号为JR126-6,155KW,额定电流为296A。提升机为双筒提升,直井,选用风光提升机变频器JD-BP32-185T(185KW)。
    3风光提升机变频器
    风光JD-BP32-185T提升机变频器采用西门子新型IGBT作为主回路功率器件,由微处理器实现全数字化控制。其控制软件专门为提升机类负载设计,充分考虑了提升机实际运行中的各种特殊要求,采用各种措施保证系统的安全运行,并且可以设置多种参数以满足提升机在不同工况下运行的需要。
    本提升机变频器具有以下特点:
    ¨ 主回路功率单元模块化设计,维护简单。
    ¨ 采用能量回馈单元、刹车电阻单元处理再生能量,节能效果显著,可满足电机四象限运行的要求。
    ¨ 具有完整的保护措施:提升机变频器除具有短路、过压、欠压、过流、过热等一般保护功能外,还提供了外部故障信号输入、开机联锁保护、内置自动减速程序等专用功能。
    ¨ 具有良好的转矩特性:启动力矩大于2倍的额定转矩,制动力矩大于额定转矩,6Hz时的低频力矩大于1.6倍额定转矩。
    ¨ 风光提升机变频器提供完善的输入输出接口电路,内设PLC,既可以与新装系统实现配套使用,也可以对老系统进行改造,可以接受DC 0-5V、DC 0-10V 和4-20mA工业标准信号。用于系统改造时,增加远控装置,就可以实现工频与变频的相互转换,监视系统的操作和运行状况等功能。接口电路如图1示。
    图1 风光提升机变频器输入输出接口电路
    接口电路实现了变频器与控制系统的无缝连接,包括正、反转控制,速度调节(可以采用档位调节方式,也可以采用模拟量输入方式),与外部电路的连锁功能(“松闸”、“急停”信号用于与制动闸及制动油泵连锁,“安全回路”及故障输出信号用于与系统安全回路实现连锁),各种状态指示等各种功能。
    4风光提升机变频器JD-BP32-185T主回路结构
    图2 风光提升机变频器JD-BP32-185T主回路结构
    5风光提升机变频器JD-BP32-185T主要功能
    (1) 回馈制动
    变频器采用能量回馈单元将再生能量回馈给电网,从而实现变频器的四象限运行。
    (2) 能耗制动
    能耗制动单元可单独使用,也可以与能量回馈单元配合使用。
    (3) 直流制动
    主令控制器给出“正转”或“反转”命令后,如果没有给出“松闸”信号,变频器会在电机上施加直流制动转矩,确保松开制动闸过程中重车不下滑。在给出“松闸”信号后,变频器开始运行。
    制动油泵开启后,若不小心松开制动闸触动“松闸”行程开关,变频器接收到“松闸”信号,同时在电机上施加直流制动转矩,确保重车不下滑。
    当重车在井筒中间停车时,变频器由高速至停机后,随之施加直流制动转矩使电机停止转动,当机械制动起作用后,方去掉直流制动,使重车靠机械抱闸的作用停止。
    (4) 多段速
    变频器内部预置了五个速度段,分别对应于变频器不同的运行频率,以适应控制系统对提升机不同运转速度的要求。
    各速度段对应频率可以分别设置,以满足各种工况运行需要。
    (5) 自动减速
    变频器接收到系统给出的减速信号后,启动机内的减速程序,按照设定要求将提升机的运行速度逐渐降低。
    (6) 紧急停车
    变频器提供了紧急停车信号输入端子,急停信号动作后,变频器立即停止输出,电机处于自由运转状态,然后依靠机械制动装置停车。
    6系统方案
    电控系统与变频器配套使用,系统已经提供了与变频器的接口,可按照各自的接线说明正确连接。
    改造提升机用变频器是在原提升机电控系统的基础上,用变频调速系统替代原工频调速系统,同时保留工频调速系统,使两套系统互为备用,增加系统运行的可靠性。改造时需要增加工、变频转换功能。系统运行前,将主回路和控制回路各转换开关切换至相应的变频或工频位置。具体接法如下:
    (1) 主回路
    增加三个三刀双掷开关(QS1、QS2、QS3)作为主回路切换装置,三相电源、定子线圈、转子线圈分别接至相应开关的刀位置。如图3(a)、(b)所示。
    (a)
    (b)
    图3 主回路工、变频切换原理图
    所有开关切换至变频位置时,三相电源经双掷开关QS1、自动空气开关QA接至变频器输入端子(R、S、T)(同时将零线接至变频器零线端子N),变频器输出端子(U、V、W)经双掷开关QS2接至电机定子线圈,绕线电机转子线圈经双掷开关QS3后处于短接状态。
    所有开关切换至工频位置时,三相电源经双掷开关QS1、QS2接至定子线圈,绕线电机转子线圈经QS3接至原调速电阻装置。
    (2)控制回路
    变频器远控装置用做工、变频控制回路的切换装置。远控装置内用七个双刀双掷开关作为正、反转和五段速的切换部件,其原理如图4所示。
    图4控制回路工、变频转换原理图
    图4中,虚线方框内表示的是一个双刀双掷开关,LK3、LK4分别表示主令控制器的正转和反转触头,LK5、LK6、LK7、LK9、LK11分别表示主令控制器的五个档位触头。
    所有控制开关切换至变频位置时,七组变频器控制线与主令控制器对应触头接通,相应工频控制线与主令控制器对应触头断开,系统切换到变频调速状态;所有控制开关切换至工频位置时,七组工频控制线与主令控制器对应触头接通,相应变频器控制线与主令控制器对应触头断开,系统切换到原工频调速状态。
    七个双刀双掷开关在远控装置上的排列如图5所示,图中已经标出了变频和工频所在位置。
    图5远控装置切换开关示意图
    远控装置除提供了控制回路工、变频转换功能外,还提供了上升、下降、故障、减速以及五段速的指示功能。
    图6远控装置接线端子示意图
    安装远控装置时应先将操作台主令控制器各相关触头两端原工频控制线拆下,接于远控装置相应端子(a1,a2)-(i1,i2),再将(Ka1,Ka2)-(Ki1,Ki2)接于主令控制器各相应触头两端。说明如下:
    +24V,COM,急停,松闸,正转,反转,一档-五档,上升、下降、减速、故障指示分别接变频器对应控制回路端子。远控装置接线端子示意图如图6示:
    (Ka1,Ka2):接正转触头  (a1,a2):接原正转控制线
    (Kb1,Kb2):接反转触头  (b1,b2):接原反转控制线
    (Kc1,Kc2):接一档触头  (c1,c2):接原一档控制线
    (Kd1,Kd2):接二档触头  (d1,d2):接原二档控制线
    (Ke1,Ke2):接三档触头  (e1,e2):接原三档控制线
    (Kg1,Kg2):接四档触头  (g1,g2):接原四档控制线
    (Ki1,Ki2):接五档触头  (i1,i2):接原五档控制线
    7操作与控制
    由于变频器提供了适应提升机现场应用的完善的接口,依据提升机控制系统的不同,采用适当的接线方式,就可以实现灵活的操作方式。
    对于旧系统改造用变频器,为了不改变原来的操作习惯,可以用原来的操纵系统操作变频器,用远控装置切换工频与变频运行方式,两个系统之间可以实现无缝连接。
    变频调速系统可以实现自动运行和手动运行两种方式:
    (1) 自动运行方式
    利用机内PLC强大的控制能力,通过设置适当的参数,变频器就可以实现自动化运行,极大地提高了提升机的运行效率。
    (a) 正转时运行速度曲线
    (b) 反转时运行速度曲线
    图7 自动运行方式
    图7中,以正转为例,开机时低速爬行时间t1、减速信号动作后延时t2、中速运行时间t3、停机前爬行时间t4根据现场情况可以自由设置。提升机运行过程中,除开、停机外,可以不需要人工干预。
    (2) 手动运行方式
    该方式下,操作者通过主今控制器控制电机转速,以实现电机的爬行、加速、减速、恒速运行,但在系统给出减速信号后,为保证整个系统安全,变频器仍然会启动机内自动减速程序。
    8现场调试运行情况
    本提升机变频器于2003年8月投入运行,至今工作正常。变频器基本参数设置如下:频率上升时间10.00S,下降时间10.00S,V/F曲线为001,工作模态为0,最低频率为2.00Hz,最高频率为50.00 Hz,额定电流为296A,电机电流过载保护界限480A,低频转矩补偿为103。
    检测数据:
    空载双筒提升起动加速最大电流202A左右,下放起动加速最大电流160A左右,提升全速运行40A-160A,下放全速运转25A-120A,回馈42A-60A。
    重载双筒提升起动加速最大电流256A左右,下放起动加速最大电流212A左右,重载提升全速40A-190A,重载下放全速25A-132A,回馈42A-70A。
    现场调试检测:经观察运行调试状态,参数已是最佳状态,重载起动电流最大不超过额定电流,运行无异常现象。
    为了对比工、变频节能情况,用户随机抽取一个工作周,在提升产量相当的情况下,分别记录提升机用电量,工频耗电量为12010KW h,变频耗电量为7807 KW h,节电率为35%,节电效果是非常显著的。
    风光提升机变频器提高了提升质量,起动平稳,减少了提升机维护量,增加了提升产量,用户对改造效果十分满意。