淺談高壓提升機(jī)變頻器在煤礦副井上的應(yīng)用

另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個(gè)功率單元的控制電源采用一個(gè)獨(dú)立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

3.6控制電源

控制器有一套獨(dú)立于高壓電源的供電體系，在不加高壓的情況下，設(shè)備各點(diǎn)的波形與加高壓情況基本相似，給整機(jī)可靠性、調(diào)試、培訓(xùn)帶來了很大方便。

系統(tǒng)采用三次諧波補(bǔ)償技術(shù)提高了電源電壓利用率，利用了調(diào)制信號(hào)預(yù)畸變技術(shù)，使電壓利用率近似于1.系統(tǒng)還采用了先進(jìn)的載波移相技術(shù)，它的特點(diǎn)是單元輸出的基波相疊加、諧波彼此相抵消。所以串聯(lián)后的總輸出波形失真特別小。多個(gè)單元迭加后的理論輸出波形如圖4所示（圖中是六單元疊加）。


圖4 6個(gè)單元輸出疊加后的波形

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)。

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。

3.7.3自動(dòng)限速保護(hù)

在運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí)，由限速開關(guān)給出減速信號(hào)，PLC檢測(cè)到減速信號(hào)后發(fā)送給控制器，由控制器啟動(dòng)自動(dòng)減速程序，使工作頻率按設(shè)定要求逐步變?yōu)榈退龠\(yùn)行。提升機(jī)帶有測(cè)速發(fā)電機(jī)，當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)給出超速信號(hào)，PLC檢測(cè)該信號(hào)發(fā)送給控制器，進(jìn)入自動(dòng)減速運(yùn)行。PLC主要是指數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器，用于控制機(jī)械的生產(chǎn)過程。也是公共有限公司、電源線車等的名稱縮寫?？删幊踢壿嬁刂破?，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。

3.7.4再生能量處理


圖5 再生能量處理示意圖

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%.比較器是對(duì)兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關(guān)系及排列順序稱為比較。能夠?qū)崿F(xiàn)這種比較功能的電路或裝置稱為比較器。比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的電路。比較器的兩路輸入為模擬信號(hào)，輸出則為二進(jìn)制信號(hào)，當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小時(shí)，其輸出保持恒定。

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)

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）。

（2）下放：低速爬行、加速、勻速、減速整個(gè)過程很正常，符合要求。

重載提升（下放）試驗(yàn)證明，變頻拖動(dòng)系統(tǒng)提升力矩可滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)提升力矩要求。

4.2運(yùn)行性能

（1）電流為雙向流動(dòng)。

（2）抗擾性能強(qiáng)。在提升機(jī)的加、減速階段，直流電源電壓的最大動(dòng)態(tài)降落或電壓超調(diào)不超過10%，擾動(dòng)恢復(fù)時(shí)間不超過1秒。

（3）靜態(tài)功率因數(shù)穩(wěn)定，小于5%.

（4）交流側(cè)諧波電流小，符合IEEE519規(guī)定，小于4%.

（5）變頻器在啟動(dòng)過程中，啟動(dòng)電流小于1.3倍額定電流。

5結(jié)論

蘭花集團(tuán)唐安煤礦副井采用我公司生產(chǎn)的高壓提升機(jī)變頻器調(diào)速以后，調(diào)速精度高，噪聲污染消失，操作也方便，深受現(xiàn)場(chǎng)操作工的歡迎；更重要的是絞車運(yùn)行可靠，而且節(jié)電效果顯著，具有非常明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。