風(fēng)光提升機(jī)變頻器在山西某煤礦中的應(yīng)用
1引言
系統(tǒng)采用變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn):
（1）在電網(wǎng)波動(dòng)±20%范圍內(nèi)，恒轉(zhuǎn)矩提升，不會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)波動(dòng)影響負(fù)載提升情況。
（2）實(shí)現(xiàn)了電機(jī)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)力矩大，帶負(fù)載能力強(qiáng)。
（3）電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，加、減速過(guò)程平滑，電流沖擊小，大大減輕了機(jī)械沖擊的強(qiáng)度。
（4）采用芯片控制和PLC外端電路接口相結(jié)合，使調(diào)速系統(tǒng)具有很高的可靠性，同時(shí)利用PLC強(qiáng)大的控制能力,易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)靈活的控制方式。
（5）機(jī)內(nèi)具備回饋單元，再生能量回饋給電網(wǎng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。
（6）機(jī)內(nèi)具備完備的安全保護(hù)功能。
(7)節(jié)能效果顯著。
2用戶情況介紹
用戶絞車提升機(jī)電機(jī)型號(hào)為JR126-6，155KW，額定電流為296A。提升機(jī)為雙筒提升，直井，選用風(fēng)光提升機(jī)變頻器JD-BP32-185T（185KW）。
3風(fēng)光提升機(jī)變頻器
風(fēng)光JD-BP32-185T提升機(jī)變頻器采用西門(mén)子新型IGBT作為主回路功率器件，由微處理器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。其控制軟件專門(mén)為提升機(jī)類負(fù)載設(shè)計(jì)，充分考慮了提升機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的各種特殊要求，采用各種措施保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行,并且可以設(shè)置多種參數(shù)以滿足提升機(jī)在不同工況下運(yùn)行的需要。
本提升機(jī)變頻器具有以下特點(diǎn)：
¨ 主回路功率單元模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單。
¨ 采用能量回饋單元、剎車電阻單元處理再生能量，節(jié)能效果顯著，可滿足電機(jī)四象限運(yùn)行的要求。
¨ 具有完整的保護(hù)措施：提升機(jī)變頻器除具有短路、過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱等一般保護(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)減速程序等專用功能。
¨ 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，6Hz時(shí)的低頻力矩大于1.6倍額定轉(zhuǎn)矩。
¨ 風(fēng)光提升機(jī)變頻器提供完善的輸入輸出接口電路，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)工頻與變頻的相互轉(zhuǎn)換，監(jiān)視系統(tǒng)的操作和運(yùn)行狀況等功能。接口電路如圖1示。
圖1 風(fēng)光提升機(jī)變頻器輸入輸出接口電路
接口電路實(shí)現(xiàn)了變頻器與控制系統(tǒng)的無(wú)縫連接，包括正、反轉(zhuǎn)控制，速度調(diào)節(jié)(可以采用檔位調(diào)節(jié)方式，也可以采用模擬量輸入方式)，與外部電路的連鎖功能(“松閘”、“急?！毙盘?hào)用于與制動(dòng)閘及制動(dòng)油泵連鎖，“安全回路”及故障輸出信號(hào)用于與系統(tǒng)安全回路實(shí)現(xiàn)連鎖)，各種狀態(tài)指示等各種功能。
4風(fēng)光提升機(jī)變頻器JD-BP32-185T主回路結(jié)構(gòu)
圖2 風(fēng)光提升機(jī)變頻器JD-BP32-185T主回路結(jié)構(gòu)
5風(fēng)光提升機(jī)變頻器JD-BP32-185T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，確保重車不下滑。
當(dāng)重車在井筒中間停車時(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
變頻器提供了緊急停車信號(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。
6系統(tǒng)方案
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，可按照各自的接線說(shuō)明正確連接。
改造提升機(jī)用變頻器是在原提升機(jī)電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用變頻調(diào)速系統(tǒng)替代原工頻調(diào)速系統(tǒng)，同時(shí)保留工頻調(diào)速系統(tǒng)，使兩套系統(tǒng)互為備用，增加系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。改造時(shí)需要增加工、變頻轉(zhuǎn)換功能。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)的變頻或工頻位置。具體接法如下:
（1） 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、定子線圈、轉(zhuǎn)子線圈分別接至相應(yīng)開(kāi)關(guān)的刀位置。如圖3(a)、(b)所示。
(a)
(b)
圖3 主回路工、變頻切換原理圖
所有開(kāi)關(guān)切換至變頻位置時(shí)，三相電源經(jīng)雙擲開(kāi)關(guān)QS1、自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)QA接至變頻器輸入端子（R、S、T）（同時(shí)將零線接至變頻器零線端子N），變頻器輸出端子（U、V、W）經(jīng)雙擲開(kāi)關(guān)QS2接至電機(jī)定子線圈，繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)雙擲開(kāi)關(guān)QS3后處于短接狀態(tài)。
所有開(kāi)關(guān)切換至工頻位置時(shí)，三相電源經(jīng)雙擲開(kāi)關(guān)QS1、QS2接至定子線圈，繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)QS3接至原調(diào)速電阻裝置。
(2)控制回路
變頻器遠(yuǎn)控裝置用做工、變頻控制回路的切換裝置。遠(yuǎn)控裝置內(nèi)用七個(gè)雙刀雙擲開(kāi)關(guān)作為正、反轉(zhuǎn)和五段速的切換部件，其原理如圖4所示。
圖4控制回路工、變頻轉(zhuǎn)換原理圖
圖4中，虛線方框內(nèi)表示的是一個(gè)雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，LK3、LK4分別表示主令控制器的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)觸頭，LK5、LK6、LK7、LK9、LK11分別表示主令控制器的五個(gè)檔位觸頭。
所有控制開(kāi)關(guān)切換至變頻位置時(shí)，七組變頻器控制線與主令控制器對(duì)應(yīng)觸頭接通，相應(yīng)工頻控制線與主令控制器對(duì)應(yīng)觸頭斷開(kāi)，系統(tǒng)切換到變頻調(diào)速狀態(tài)；所有控制開(kāi)關(guān)切換至工頻位置時(shí)，七組工頻控制線與主令控制器對(duì)應(yīng)觸頭接通，相應(yīng)變頻器控制線與主令控制器對(duì)應(yīng)觸頭斷開(kāi)，系統(tǒng)切換到原工頻調(diào)速狀態(tài)。
七個(gè)雙刀雙擲開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)控裝置上的排列如圖5所示，圖中已經(jīng)標(biāo)出了變頻和工頻所在位置。
圖5遠(yuǎn)控裝置切換開(kāi)關(guān)示意圖
遠(yuǎn)控裝置除提供了控制回路工、變頻轉(zhuǎn)換功能外，還提供了上升、下降、故障、減速以及五段速的指示功能。
圖6遠(yuǎn)控裝置接線端子示意圖
安裝遠(yuǎn)控裝置時(shí)應(yīng)先將操作臺(tái)主令控制器各相關(guān)觸頭兩端原工頻控制線拆下，接于遠(yuǎn)控裝置相應(yīng)端子(a1，a2)-(i1,i2),再將（Ka1,Ka2）-(Ki1,Ki2)接于主令控制器各相應(yīng)觸頭兩端。說(shuō)明如下：
+24V，COM，急停，松閘，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，一檔-五檔，上升、下降、減速、故障指示分別接變頻器對(duì)應(yīng)控制回路端子。遠(yuǎn)控裝置接線端子示意圖如圖6示：
(Ka1,Ka2)：接正轉(zhuǎn)觸頭 (a1,a2)：接原正轉(zhuǎn)控制線
(Kb1,Kb2)：接反轉(zhuǎn)觸頭 (b1,b2)：接原反轉(zhuǎn)控制線
(Kc1,Kc2)：接一檔觸頭 (c1,c2)：接原一檔控制線
(Kd1,Kd2)：接二檔觸頭 (d1,d2)：接原二檔控制線
(Ke1,Ke2)：接三檔觸頭 (e1,e2)：接原三檔控制線
(Kg1,Kg2)：接四檔觸頭 (g1,g2)：接原四檔控制線
(Ki1,Ki2)：接五檔觸頭 (i1,i2)：接原五檔控制線
7操作與控制
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€方式，就可以實(shí)現(xiàn)靈活的操作方式。
對(duì)于舊系統(tǒng)改造用變頻器，為了不改變?cè)瓉?lái)的操作習(xí)慣，可以用原來(lái)的操縱系統(tǒng)操作變頻器，用遠(yuǎn)控裝置切換工頻與變頻運(yùn)行方式，兩個(gè)系統(tǒng)之間可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。
變頻調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種方式：
(1) 自動(dòng)運(yùn)行方式
利用機(jī)內(nèi)PLC強(qiáng)大的控制能力，通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)，變頻器就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，極大地提高了提升機(jī)的運(yùn)行效率。
(a) 正轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)行速度曲線
(b) 反轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)行速度曲線
