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淺談高壓提升機(jī)變頻器在煤礦副井上的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2016-12-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


控制器核心由高速32位數(shù)字信號處理器(DSP)運(yùn)算來實(shí)現(xiàn),精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。人機(jī)界面提供友好的全中文WINDOWS監(jiān)控和操作界面,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理,以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào),可以和用戶現(xiàn)場靈活接口,滿足用戶的特殊需要,增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。

數(shù)字信號處理器(DSP)相對于模擬信號處理有很大的優(yōu)越性,表現(xiàn)在精度高、靈活性大、可靠性好、易于集成、易于存儲等方面。傳數(shù)字信號處理是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來,隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息,來處理現(xiàn)實(shí)信號的方法,這些信號由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時(shí)間里,數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。高性能DSP不僅處理速度快,而且可以無間斷的完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)輸入與輸出。DSP結(jié)構(gòu)相對單一,普遍采用匯編編程,其處理完成時(shí)間的可預(yù)測性要比結(jié)構(gòu)和指令復(fù)雜、依賴于編譯系統(tǒng)的普通微處理器強(qiáng)的多。


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

本提升機(jī)用變頻器,直流制動對提升系統(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檢測到停機(jī)信號后給控制器發(fā)出信號,讓提升機(jī)由高速平滑地降到低速,然后由控制器發(fā)出直流制動信號,使提升機(jī)停止,待PLC檢測到機(jī)械制動起作用的信號后,PLC發(fā)出信號讓控制器去掉直流制動信號,使提升機(jī)靠機(jī)械抱閘一類的裝置起作用。啟動時(shí),先對提升機(jī)施加一直流制動信號,PLC檢測到機(jī)械抱閘信號后發(fā)出信號給控制器去掉直流制動信號,然后由控制器加上啟動電壓讓提升機(jī)開始轉(zhuǎn)動。

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)啟動和停止過程中,做到加速度連續(xù),因不同的頻率,對應(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,PLC檢測到減速信號后發(fā)送給控制器,由控制器啟動自動減速程序,使工作頻率按設(shè)定要求逐步變?yōu)榈退龠\(yùn)行。提升機(jī)帶有測速發(fā)電機(jī),當(dāng)測速發(fā)電機(jī)給出超速信號,PLC檢測該信號發(fā)送給控制器,進(jìn)入自動減速運(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??删幊踢壿嬁刂破鳎环N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器,用于其內(nèi)部存儲程序,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諧波的抵消作用,具有對電網(wǎng)無諧波污染、功率因數(shù)高、控制簡單、損耗小,返回到電網(wǎng)諧波小于5%.比較器是對兩個(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,輸出則為二進(jìn)制信號,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)國家權(quán)威部門的檢測,均達(dá)到國標(biāo)GB/14549-93和國際IEEEStd519-1992的標(biāo)準(zhǔn)。

2國家權(quán)威部門的檢測共有17項(xiàng),全部合格,檢測日期是2002年11月。

3國家權(quán)威部門天津發(fā)配電及電控設(shè)備檢測所和國家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心。

4現(xiàn)場試驗(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,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。

(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態(tài)降落或電壓超調(diào)不超過10%,擾動恢復(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)變頻器在啟動過程中,啟動電流小于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)效益和社會效益。


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