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[摘 要]介绍了传统交流提升机电控系统的弊端。阐述变频调速控制系统的优点、特点及在本矿实际使用中的经济效益。
[关键词]提升机;变频调速;变频器
中图分类号:TD27312 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)13-0093-01
引言
矿井提升机广泛用于煤炭、有色金属、非金属、化工等矿山的竖井、斜井的提升系统,用作提升矿物和物料及设备等,是矿井系统 设备的咽喉,在整个生产过程中占有非常重要的地位。矿井生产是连续作业,即使短时间的停机维修也会给生产带来很大损失,因此,设备的安全可靠运行就显得特别重要,传统电控系统存在着很多的不足。变频调速是近年来发展起来的一门新兴的自动控制技术,它利用改变被控对象的电源频率,成功实现了交流电动机大范围的无级平滑调速,在运行过程中能随时根据电动机的负载情况,使电机始终处于最佳运行状态,在整个调速范围内有很高的效率,节能效果明显。采用变频器结合PLC控制系统对异步电动机进行调速控制,由于使用方便、可靠性高并且经济效益显著,所以得到了广泛应用。
一.传统矿用交流提升机电力拖动系统现状及存在的不足
(1)目前全国各类矿山的提升机,很多仍采用绕线式异步电动机转子串电阻调速方案,用接触器进行速度控制。这种调速方式在低同步状态没有制动力矩,而提升工艺要求拖动系统在低速爬行段能够工作在制动状态(下放重物)或电动状态(提升重物)。
(2)分段调节,调速不连续,运行中机械振动大,制动不安全。
(3)启动及加速时冲击电流大,启动电流一般是额定电流的1.7倍,有时会更大。
(4)调速时大量的电能消耗在电阻上,浪费严重,工作环境恶劣,噪声大。
(5)维修量大故障率高。传统电控系统大量采用接触器控制,由于操作时接触器频繁动作,易造成触点及线圈的烧损,线路连接复杂,故障率居高不下,大量的时间浪费在处理故障上。
二.提升机变频调速控制系统优点
(1)变频系统甩掉了原电控调速用的接触器及调速电阻,提高了系统的可靠性,改善了操作人员的工作环境。
(2)调速连续方便,分段预置,能连续平滑调节。
(3)实现了低频软启动和停止,使运行更加平稳,机械冲击小。
(4)启动及加速过程冲击电流小,加速过程中最大启动电流不超过额定电流的1.3倍,提升机在重载下从低速无级平滑地升至最高速,也没有大电流出现,减小了对电网的冲击。
(5)采用能耗制动、回馈制动技术,成功解决了位能负载在快速、减速或急停时的再生发电能量处理问题,保证了变频器的安全运行。
(6)转矩补偿达到规范要求,重车启动正常。
(7)节能效果显著。据实测,在低速段节能明显,一般可达到30%左右。矿井越浅,低速段运行时间越长,节能效果越明显。
三.变频调速控制系统的特点
(1)矿用电网电压波动较大,变频器能在(380V~10kV)20%范围内 正常工作。
(2)运行平稳,加减速平滑,运行速度曲线加速段、减速段为S型,在加减速过程中可做到速度连续,无冲击感。
(3)回馈制动,带有能量回馈单元,将制动时产生的再生能量回馈到电网。
(4)变频器在整个工作过程中提供所需要的力矩特性,启动力矩大于2倍额定转矩,尤其是当矿车停在井筒中间时,启动转矩比额定转矩大得多,低频转矩在大于1.6倍额定转矩。有足够的加速力矩,适应重车提升时的加速过程。运行过程中由于道轨不平整或滚筒偶尔出现钢丝绳绞绳,会引起电机力矩的跳变,变频器能承受这种跳变。运行过程中若出现偶然事件,要求快速停车时能给出大于额定转矩的制动力矩,这时会有较大的能量馈送给变频器。停车状态下,能给出大于额定转矩的制动力矩,防止重车下滑。
四.几种特殊功能的实现
一般变频器除具有的过压、欠压、过载、短路、温升等多种保护功能外,还有开机连锁保护、自动限速保护功能等。在各种不利情况下,能够避免事故、确保安全,能远距离操作及显示多种设置参数及运行参数。
(1)对再生能量的处理。变频器采用逆变回馈方式。
(2)直流制动的作用。提升机配用变频器,直流制动功能对系统的安全运行起重要作用。当重车在井简中间停车时,变频器由高速平滑地降到低速,随之施加一直流制动信号使绞车停止,当机械制动起作用后方可去掉直流制动信号,使重车靠机械抱闸的作用停在中间。启动时,先对电机施加一直流制动信号,当检测到机械抱闸打开时,方可去掉直流制动信号,加上启动电压,绞车转动。机械抱闸抱紧状态一直在变频器检测下,一旦机械抱闸打开,马上给电机施加直流制动信号,确保重车不可能下滑。
(3)S形速度曲线。为了尽量减小运行过程中的机械冲击,在变频器启动与停止过程中,做到加速度是连续的,即运行和速度曲线是平滑的,即通常所说的S形(在加速段、减速段速度曲线)加、减速曲线。
(4)自动限速保护。当运行接近终点时,给出一个减速信号,接到减速信号后,若主令控制器已经操作减速,则变频器按照主令控制器的操作改变运行速度。若收到减速信号后,主令控制器没有正常操作,则自动启动机内的自动减速程序,将变频器的工作频率按预定要求逐步变为低速运行。这对预防“过卷”是十分必要的。此外,绞车带有测速发电机,当测速发电机给出超速信號时,变频器也能自动减速。
(5)连锁开机功能。绞车开机必须按照给出的命令操作,当给出“上行”或“下行”命令时,若操作人员的操作与命令不符,连锁功能对此操作不响应,变频器不启动,连锁功能是保证安全运行的重要措施。
五.经济效益分析
(1)变频器在低速段运行时节能显著,由于提升机在井口及井底时都处于低速运行,根据现场情况,一般设置加速点及减速点分别在60 m~100m左右,因此其低速运行段大约在120m~200m,根据坡长的不同,其低速段占13%左右,其综合节电率在20%左右。
(2)采用变频控制后,制动过程中,制动闸不参与制动,只是作为一种辅助设施,在电机停稳后或在急停时快速抱闸时使用,这极大减少了制动系统的磨损。
(3)原控制系统采用交流接触器进行速度切换,用电阻调速,而变频调速与PLC控制系统相结合则可将原有电阻调速部分作为系统备用,在变频系统出现故障或检修时投入使用,减小对矿井生产的影响。
(4)采用回馈制动,其再生能量能回收利用,这也节约了很大一部分电能。
我矿对主付井绞车进行变频及PLC电控系统技术改造以后,节能效果十分明显,经过改造前后电量计算,节电率可达到20%——35%以上,年节约电费50万元以上。而且新系统的故障率很低,减少了停车影响时间,提高了经济效益。
六.结语
采用变频调速系统将使不经济的工况运行转变为最佳的工况运行,控制精确、简洁﹑节能十分可观,同时也提高了系统的可靠性,变频调速控制系统将是矿井交流提升机调速系统发展的方向。
作者简介
张存玉,男,1983出生,毕业于黑龙江科技学院电器自动化专业,现任龙煤鹤岗分公司峻德煤矿大修厂技术员。
[关键词]提升机;变频调速;变频器
中图分类号:TD27312 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)13-0093-01
引言
矿井提升机广泛用于煤炭、有色金属、非金属、化工等矿山的竖井、斜井的提升系统,用作提升矿物和物料及设备等,是矿井系统 设备的咽喉,在整个生产过程中占有非常重要的地位。矿井生产是连续作业,即使短时间的停机维修也会给生产带来很大损失,因此,设备的安全可靠运行就显得特别重要,传统电控系统存在着很多的不足。变频调速是近年来发展起来的一门新兴的自动控制技术,它利用改变被控对象的电源频率,成功实现了交流电动机大范围的无级平滑调速,在运行过程中能随时根据电动机的负载情况,使电机始终处于最佳运行状态,在整个调速范围内有很高的效率,节能效果明显。采用变频器结合PLC控制系统对异步电动机进行调速控制,由于使用方便、可靠性高并且经济效益显著,所以得到了广泛应用。
一.传统矿用交流提升机电力拖动系统现状及存在的不足
(1)目前全国各类矿山的提升机,很多仍采用绕线式异步电动机转子串电阻调速方案,用接触器进行速度控制。这种调速方式在低同步状态没有制动力矩,而提升工艺要求拖动系统在低速爬行段能够工作在制动状态(下放重物)或电动状态(提升重物)。
(2)分段调节,调速不连续,运行中机械振动大,制动不安全。
(3)启动及加速时冲击电流大,启动电流一般是额定电流的1.7倍,有时会更大。
(4)调速时大量的电能消耗在电阻上,浪费严重,工作环境恶劣,噪声大。
(5)维修量大故障率高。传统电控系统大量采用接触器控制,由于操作时接触器频繁动作,易造成触点及线圈的烧损,线路连接复杂,故障率居高不下,大量的时间浪费在处理故障上。
二.提升机变频调速控制系统优点
(1)变频系统甩掉了原电控调速用的接触器及调速电阻,提高了系统的可靠性,改善了操作人员的工作环境。
(2)调速连续方便,分段预置,能连续平滑调节。
(3)实现了低频软启动和停止,使运行更加平稳,机械冲击小。
(4)启动及加速过程冲击电流小,加速过程中最大启动电流不超过额定电流的1.3倍,提升机在重载下从低速无级平滑地升至最高速,也没有大电流出现,减小了对电网的冲击。
(5)采用能耗制动、回馈制动技术,成功解决了位能负载在快速、减速或急停时的再生发电能量处理问题,保证了变频器的安全运行。
(6)转矩补偿达到规范要求,重车启动正常。
(7)节能效果显著。据实测,在低速段节能明显,一般可达到30%左右。矿井越浅,低速段运行时间越长,节能效果越明显。
三.变频调速控制系统的特点
(1)矿用电网电压波动较大,变频器能在(380V~10kV)20%范围内 正常工作。
(2)运行平稳,加减速平滑,运行速度曲线加速段、减速段为S型,在加减速过程中可做到速度连续,无冲击感。
(3)回馈制动,带有能量回馈单元,将制动时产生的再生能量回馈到电网。
(4)变频器在整个工作过程中提供所需要的力矩特性,启动力矩大于2倍额定转矩,尤其是当矿车停在井筒中间时,启动转矩比额定转矩大得多,低频转矩在大于1.6倍额定转矩。有足够的加速力矩,适应重车提升时的加速过程。运行过程中由于道轨不平整或滚筒偶尔出现钢丝绳绞绳,会引起电机力矩的跳变,变频器能承受这种跳变。运行过程中若出现偶然事件,要求快速停车时能给出大于额定转矩的制动力矩,这时会有较大的能量馈送给变频器。停车状态下,能给出大于额定转矩的制动力矩,防止重车下滑。
四.几种特殊功能的实现
一般变频器除具有的过压、欠压、过载、短路、温升等多种保护功能外,还有开机连锁保护、自动限速保护功能等。在各种不利情况下,能够避免事故、确保安全,能远距离操作及显示多种设置参数及运行参数。
(1)对再生能量的处理。变频器采用逆变回馈方式。
(2)直流制动的作用。提升机配用变频器,直流制动功能对系统的安全运行起重要作用。当重车在井简中间停车时,变频器由高速平滑地降到低速,随之施加一直流制动信号使绞车停止,当机械制动起作用后方可去掉直流制动信号,使重车靠机械抱闸的作用停在中间。启动时,先对电机施加一直流制动信号,当检测到机械抱闸打开时,方可去掉直流制动信号,加上启动电压,绞车转动。机械抱闸抱紧状态一直在变频器检测下,一旦机械抱闸打开,马上给电机施加直流制动信号,确保重车不可能下滑。
(3)S形速度曲线。为了尽量减小运行过程中的机械冲击,在变频器启动与停止过程中,做到加速度是连续的,即运行和速度曲线是平滑的,即通常所说的S形(在加速段、减速段速度曲线)加、减速曲线。
(4)自动限速保护。当运行接近终点时,给出一个减速信号,接到减速信号后,若主令控制器已经操作减速,则变频器按照主令控制器的操作改变运行速度。若收到减速信号后,主令控制器没有正常操作,则自动启动机内的自动减速程序,将变频器的工作频率按预定要求逐步变为低速运行。这对预防“过卷”是十分必要的。此外,绞车带有测速发电机,当测速发电机给出超速信號时,变频器也能自动减速。
(5)连锁开机功能。绞车开机必须按照给出的命令操作,当给出“上行”或“下行”命令时,若操作人员的操作与命令不符,连锁功能对此操作不响应,变频器不启动,连锁功能是保证安全运行的重要措施。
五.经济效益分析
(1)变频器在低速段运行时节能显著,由于提升机在井口及井底时都处于低速运行,根据现场情况,一般设置加速点及减速点分别在60 m~100m左右,因此其低速运行段大约在120m~200m,根据坡长的不同,其低速段占13%左右,其综合节电率在20%左右。
(2)采用变频控制后,制动过程中,制动闸不参与制动,只是作为一种辅助设施,在电机停稳后或在急停时快速抱闸时使用,这极大减少了制动系统的磨损。
(3)原控制系统采用交流接触器进行速度切换,用电阻调速,而变频调速与PLC控制系统相结合则可将原有电阻调速部分作为系统备用,在变频系统出现故障或检修时投入使用,减小对矿井生产的影响。
(4)采用回馈制动,其再生能量能回收利用,这也节约了很大一部分电能。
我矿对主付井绞车进行变频及PLC电控系统技术改造以后,节能效果十分明显,经过改造前后电量计算,节电率可达到20%——35%以上,年节约电费50万元以上。而且新系统的故障率很低,减少了停车影响时间,提高了经济效益。
六.结语
采用变频调速系统将使不经济的工况运行转变为最佳的工况运行,控制精确、简洁﹑节能十分可观,同时也提高了系统的可靠性,变频调速控制系统将是矿井交流提升机调速系统发展的方向。
作者简介
张存玉,男,1983出生,毕业于黑龙江科技学院电器自动化专业,现任龙煤鹤岗分公司峻德煤矿大修厂技术员。