600kW/660V變頻器在煤礦提升機(jī)中的應(yīng)用

　　1引言

　　在礦山企業(yè)的生產(chǎn)中，礦井提升機(jī)擔(dān)負(fù)著提煤、運(yùn)料的繁重任務(wù)，在整個(gè)生產(chǎn)中占據(jù)著比較重要的位置。山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司應(yīng)煤礦的要求，在研制提升機(jī)變頻器方面投入了大量的人力物力。國(guó)內(nèi)最早開(kāi)發(fā)了四象限運(yùn)行變頻器，并成功應(yīng)用在煤礦提升絞車(chē)設(shè)備上，通過(guò)不斷地進(jìn)行技術(shù)革新，產(chǎn)品電壓等級(jí)涵蓋從380V到10000V，功率等級(jí)幾十千瓦到幾千千瓦。風(fēng)光提升機(jī)變頻器為科技部列入國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目，2008年5月國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布的國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄(第一批)中，專(zhuān)門(mén)介紹了新風(fēng)光公司的礦山提升機(jī)變頻調(diào)速節(jié)電技術(shù)。

　　風(fēng)光提升機(jī)變頻器是基于絞車(chē)的運(yùn)行特點(diǎn)，在普通變頻器基礎(chǔ)上研制的一種專(zhuān)用產(chǎn)品。該類(lèi)變頻器最顯著的特點(diǎn)是要求四象限運(yùn)行，能夠正確合理地處理重物下放及急停情況下的再生能量問(wèn)題，這也是該類(lèi)變頻器的難點(diǎn)。公司的技術(shù)人員采用回饋制動(dòng)、能耗制動(dòng)技術(shù)，成功地解決了這一難題，是國(guó)產(chǎn)變頻器中目前把再生能量回送電網(wǎng)為數(shù)不多的技術(shù)成熟廠(chǎng)家。

　　2用戶(hù)情況介紹

　　黑龍江某煤礦用戶(hù)絞車(chē)提升機(jī)電機(jī)型號(hào)為Y450-8，額定功率450kW，額定電流524A，額定電壓660V，功率因數(shù)0.80，轉(zhuǎn)速740rpm。提升機(jī)為單鉤提升，直井。因絞車(chē)系統(tǒng)一般都滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，而且加速、減速時(shí)間要短，對(duì)啟動(dòng)力矩、低頻力矩、加速力矩、制動(dòng)力矩嚴(yán)格要求。因此根據(jù)電機(jī)的容量、負(fù)載的要求，變頻器一般應(yīng)選擇比同等規(guī)格電機(jī)功率大些。礦領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過(guò)多方考察、比較，決定采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP33-600T型號(hào)(600kW/660V)提升機(jī)變頻器2套對(duì)絞車(chē)進(jìn)行調(diào)速控制，同時(shí)為防止變頻器故障時(shí)耽誤生產(chǎn)，系統(tǒng)采用一用一備的方式，備用變頻器作為當(dāng)前變頻器的備用，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

　　控制系統(tǒng)由一臺(tái)電控柜(由礦方提供)控制整個(gè)系統(tǒng)的啟、停、調(diào)速及監(jiān)控;用戶(hù)整個(gè)提升系統(tǒng)由風(fēng)光牌提升機(jī)變頻器、控制及保護(hù)裝置組成。絞車(chē)系統(tǒng)的控制信號(hào)及保護(hù)仍原控制系統(tǒng)提供，變頻器只作為一個(gè)調(diào)速裝置使用。

　　控制核心為新風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的JD-BP33-600T型礦用提升機(jī)變頻器，利用用戶(hù)原控制系統(tǒng)與變頻提升系統(tǒng)對(duì)絞車(chē)進(jìn)行起、停、加減速及機(jī)械抱閘的控制，用變頻器調(diào)節(jié)頻率，使絞車(chē)電機(jī)的轉(zhuǎn)速得到控制。遠(yuǎn)控盒顯示其運(yùn)行頻率和正反轉(zhuǎn)、速度段等各種信息。

　　3風(fēng)光JD-BP33-600T提升機(jī)變頻器

　　3.1風(fēng)光JD-BP33-600T提升機(jī)變頻器簡(jiǎn)要概述

　　風(fēng)光JD-BP33-600T提升機(jī)變頻器采用進(jìn)口IGBT作為主回路功率器件，由DSP實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制，采用矢量控制方式，主回路采用三電平結(jié)構(gòu)。其控制軟件專(zhuān)門(mén)為提升機(jī)類(lèi)負(fù)載設(shè)計(jì)，充分考慮了提升機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的特殊要求，采用相應(yīng)措施保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并且可以設(shè)置參數(shù)以滿(mǎn)足提升機(jī)在不同工況下運(yùn)行的需要。

　　風(fēng)光提升機(jī)變頻器具有以下特點(diǎn)：

　　(1)主回路功率單元模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單。

　　(2)采用能量回饋單元、剎車(chē)單元處理再生能量，節(jié)能效果顯著，可滿(mǎn)足電機(jī)四象限運(yùn)行的要求。

　　(3)具有完備的保護(hù)措施：提升機(jī)變頻器除具有普通變頻器等一般保護(hù)功能外，還提供了外部故障信號(hào)輸入、開(kāi)機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)、內(nèi)置自動(dòng)減速程序等專(zhuān)用功能。

　　(4)具有良好的轉(zhuǎn)矩特性：?jiǎn)?dòng)力矩大于2倍的額定轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)力矩大于額定轉(zhuǎn)矩。

　　(5)風(fēng)光提升機(jī)變頻器提供完善的輸入輸出接口，內(nèi)設(shè)PLC，既可以與新裝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)配套使用，也可以對(duì)老系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以接受DC 0-5V、DC 0-10V 和4-20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。用于系統(tǒng)改造時(shí)，增加遠(yuǎn)控裝置,就可以實(shí)現(xiàn)原系統(tǒng)與變頻的相互轉(zhuǎn)換，監(jiān)視系統(tǒng)的操作和運(yùn)行狀況等功能。

　　3.2風(fēng)光提升機(jī)變頻器JD-BP33-600T主要功能

　　(1) 回饋制動(dòng)

　　變頻器采用能量回饋單元將再生能量回饋給電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)變頻器的四象限運(yùn)行。

　　(2) 能耗制動(dòng)

　　能耗制動(dòng)單元可單獨(dú)使用，也可以與能量回饋單元配合使用。

　　(3) 直流制動(dòng)

　　主令控制器給出“正轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)”命令后，如果沒(méi)有給出“松閘”信號(hào)，變頻器會(huì)在電機(jī)上施加直流制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，確保松開(kāi)制動(dòng)閘過(guò)程中重車(chē)不下滑。在給出“松閘”信號(hào)后，變頻器開(kāi)始運(yùn)行。

　　制動(dòng)油泵開(kāi)啟后，若不小心松開(kāi)制動(dòng)閘觸動(dòng)“松閘”行程開(kāi)關(guān)，變頻器接收到“松閘”信號(hào)，同時(shí)在電機(jī)上施加直流制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，確保重車(chē)不下滑。

　　當(dāng)重車(chē)在井筒中間停車(chē)時(shí)，變頻器由高速至停機(jī)后，隨之施加直流制動(dòng)轉(zhuǎn)矩使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)械制動(dòng)起作用后，方去掉直流制動(dòng)，使重車(chē)靠機(jī)械抱閘的作用停止。

　　(4) 多段速

　　變頻器內(nèi)部預(yù)置了五個(gè)速度段，分別對(duì)應(yīng)于變頻器不同的運(yùn)行頻率,以適應(yīng)控制系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)不同運(yùn)轉(zhuǎn)速度的要求。

　　各速度段對(duì)應(yīng)頻率可以分別設(shè)置，以滿(mǎn)足各種工況運(yùn)行需要。

　　(5) 自動(dòng)減速

　　變頻器接收到系統(tǒng)給出的減速信號(hào)后，啟動(dòng)機(jī)內(nèi)的減速程序，按照設(shè)定要求將提升機(jī)的運(yùn)行速度逐漸降低。

　　(6) 緊急停車(chē)

　　變頻器提供了緊急停車(chē)信號(hào)輸入端子，急停信號(hào)動(dòng)作后，變頻器立即停止輸出，電機(jī)處于自由運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，然后依靠機(jī)械制動(dòng)裝置停車(chē)。

　　4系統(tǒng)方案

　　4.1 提升機(jī)變頻器控制原理

　　提升機(jī)變頻器是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)核心部分，它具有與電控系統(tǒng)相適配的各種接口。配合操作臺(tái)運(yùn)行控制，操作臺(tái)向變頻器發(fā)出“正轉(zhuǎn)運(yùn)行”、“反轉(zhuǎn)運(yùn)行”和“變頻急停”三路開(kāi)關(guān)量信號(hào)，以及五路“給定轉(zhuǎn)速”信號(hào)。變頻器向操作臺(tái)發(fā)出“變頻器待機(jī)”、“變頻器故障”和“安全回路”三路開(kāi)關(guān)量信號(hào)，以及用于顯示的模擬量輸出信號(hào)。操作臺(tái)控制空氣開(kāi)關(guān)分、合閘，分別連入相應(yīng)的控制回路中。絞車(chē)上安裝的軸編碼器向操作臺(tái)發(fā)出電機(jī)轉(zhuǎn)速及絞車(chē)位置信號(hào)。操作臺(tái)接受絞車(chē)司機(jī)的操作指令。

　　變頻器執(zhí)行電控系統(tǒng)的指令，完成啟動(dòng)、停止及其加減速的動(dòng)作。當(dāng)制動(dòng)手柄與主令手柄推離零位后，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的檔位由可編程控制器發(fā)出模擬量信號(hào)作為變頻器的速度輸入給定，同時(shí)發(fā)出“正轉(zhuǎn)運(yùn)行”或“反轉(zhuǎn)運(yùn)行”指令，變頻器接收到操作臺(tái)發(fā)出的指令，按照根據(jù)絞車(chē)速度曲線(xiàn)圖設(shè)定好的加速時(shí)間進(jìn)行升速。隨著變頻器輸出頻率由最低升至最高后，提升機(jī)進(jìn)入高速段。當(dāng)提升容器運(yùn)行至減速點(diǎn)時(shí)，操作臺(tái)通過(guò)相應(yīng)檔位輸入給定速度控制變頻器，變頻器逐漸由最高頻率向設(shè)定的爬行速度對(duì)應(yīng)的頻率降速，提升機(jī)從高速階段進(jìn)入減速段運(yùn)行。當(dāng)前速度降至爬行速度時(shí)，提升機(jī)進(jìn)入到低速段運(yùn)行，并保持該速度。提升容器運(yùn)行到卸載位置時(shí)，操作臺(tái)進(jìn)行抱閘操作，同時(shí)發(fā)出“變頻器急停”指令，至此完成一次提升過(guò)程。

　　整個(gè)提升機(jī)系統(tǒng)中設(shè)有深度指示失效、限速、過(guò)卷、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)油過(guò)壓、閘瓦磨損、松繩、速度監(jiān)視、制動(dòng)油超溫、潤(rùn)滑油超壓欠壓、變頻器的輕重故障等保護(hù)功能。系統(tǒng)根據(jù)故障性質(zhì)作出響應(yīng)，必要時(shí)實(shí)施緊急制動(dòng)，確保設(shè)備及人員的安全。

　　電控系統(tǒng)與變頻器配套使用，系統(tǒng)已經(jīng)提供了與變頻器的接口，可按照各自的接線(xiàn)說(shuō)明正確連接。絞車(chē)系統(tǒng)采用兩套提升機(jī)變頻器，兩套系統(tǒng)互為備用，增加系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。改造時(shí)需要增加變頻器轉(zhuǎn)換裝置。系統(tǒng)運(yùn)行前，將主回路和控制回路各轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換至相應(yīng)的變頻位置。具體接法如下:

　　4.2主回路

　　增加三個(gè)三刀雙擲開(kāi)關(guān)(QS1、QS2、QS3)作為主回路切換裝置，三相電源、絞車(chē)電機(jī)分別接至相應(yīng)開(kāi)關(guān)的刀位置。

　　由于變頻器提供了適應(yīng)提升機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的完善的接口，依據(jù)提升機(jī)控制系統(tǒng)的不同，采用適當(dāng)?shù)慕泳€(xiàn)方式，就可以實(shí)現(xiàn)靈活的操作方式，兩個(gè)系統(tǒng)之間可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。

　　5現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行情況

　　風(fēng)光600kW/660V提升機(jī)變頻器于2010年12月投入運(yùn)行，至今工作正常。提升機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)，減少了提升機(jī)維護(hù)量，增加了提升產(chǎn)量，用戶(hù)對(duì)改造效果十分滿(mǎn)意。

　　提升機(jī)變頻器基本參數(shù)設(shè)置如表1所示。