關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī) 低頻電源 變頻器
Vacon Converter Applied to Mine Lift
Li Xiaohai
Abstract：This paper introduces Vacon converter applied to mine lift. In this application vacon converter is a special low frequency power supply. The output frequency of the converter is constant. The output voltage will change according to the pre-setting decrease curve and the real speed of the lift in low frequency brake stage. It realizes smooth brake and stabile creeping of the high voltage motor in mine. It has good utility and spread profit.
Keywords: Mine lift Low frequency power supply Converter
1．引言
礦井提升電機(jī)優(yōu)越的制動(dòng)性能的可以使提升機(jī)獲得平穩(wěn)、安全、可靠的制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，避免嚴(yán)重的機(jī)械磨損，防止較大的機(jī)械沖擊，減少機(jī)械部分維修的工作量，延長(zhǎng)提升機(jī)械的使用壽命。隨著礦井提升系統(tǒng)自動(dòng)化，改善提升系統(tǒng)的性能，以及提高提升設(shè)備的提升能力等的要求，對(duì)礦井交流高壓電機(jī)制動(dòng)的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)的制動(dòng)，幾乎都采用動(dòng)力制動(dòng)或低頻發(fā)電機(jī)制動(dòng)的方式，動(dòng)力制動(dòng)方式只能解決制動(dòng)問(wèn)題，不能較好地解決爬行問(wèn)題，低頻發(fā)電機(jī)雖然可以較好地解決上述問(wèn)題，其整個(gè)控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，使用的設(shè)備也比較多，給系統(tǒng)的維護(hù)和檢修帶來(lái)了一定的不便。
普通的變頻器雖然可以輸出較低的頻率，但其系統(tǒng)的建模和設(shè)計(jì)都是針對(duì)低壓電機(jī)的，所以其輸出頻率和輸出電壓間始終存在一定的比例關(guān)系，因此將其直接使用在礦井提升電機(jī)的低頻制動(dòng)和爬行中，也將造成在剛開始低頻投入時(shí)，變頻器的輸出電壓太高，制動(dòng)力矩太大，這時(shí)電機(jī)的發(fā)電狀態(tài)所反饋回變頻器的能量也較大，如果變頻器的制動(dòng)電阻選擇得不太恰當(dāng)，也將造成變頻器過(guò)壓的危險(xiǎn)，長(zhǎng)時(shí)間使用，將導(dǎo)致變頻器的直流橋電容燒毀，同時(shí)在較低的頻率爬行時(shí)，由于其為了兼顧制動(dòng)，將導(dǎo)致爬行時(shí)電機(jī)的力矩較小。
為此，本文根據(jù)礦井提升的實(shí)際使用要求，以及芬蘭瓦薩控制系統(tǒng)有限公司的Vacon變頻器開放式編程平臺(tái)，模擬低頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，采用特殊的軟件編程，達(dá)到了在整個(gè)制動(dòng)和爬行階段，變頻器的輸出頻率都保持不變，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的制動(dòng)曲線和實(shí)際的運(yùn)行速度，直接控制變頻器的輸出電壓，達(dá)到了理想的制動(dòng)效果。采用該特殊軟件的低頻系統(tǒng)，也能在低頻爬行時(shí)輸出較高的電壓，并且還兼顧腳踏、驗(yàn)繩等功能，完全滿足了礦井提升機(jī)的要求。采用該特殊軟件的低頻變頻系統(tǒng)，系統(tǒng)可靠，調(diào)試方便，維護(hù)和操作簡(jiǎn)單，具有極大的使用和推廣價(jià)值。
圖1 變頻器的外部接線圖
2．系統(tǒng)的控制方式
變頻器的外部接線如圖1所示。變頻器的輸入信號(hào)有模擬電壓輸入，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)信號(hào)輸入，低頻電壓輸出信號(hào)，低頻爬行信號(hào)，腳踏信號(hào)輸入，以及故障復(fù)位輸入。
該系統(tǒng)的控制方式分為閉環(huán)控制，開環(huán)控制，其控制框圖如圖2所示，以下將逐一介紹變頻器的實(shí)際控制方式。
2.1 閉環(huán)控制
閉環(huán)控制應(yīng)用在低頻制動(dòng)階段，此時(shí)變頻器的模擬輸入信號(hào)為高壓電機(jī)的模擬速度信號(hào)，正、反轉(zhuǎn)信號(hào)之一閉合，低頻電壓輸出信號(hào)閉合，其他信號(hào)斷開。變頻器將根據(jù)低頻電壓輸出信號(hào)閉合瞬間，模擬電壓輸入信號(hào)的值折算為高壓電機(jī)高壓斷開時(shí)的瞬間速度，以及預(yù)先設(shè)置的減速曲線斜率和制動(dòng)時(shí)間，生成高壓電機(jī)低頻制動(dòng)時(shí)的速度曲線，在保持頻率不變的情況下，根據(jù)實(shí)際的速度反饋和生產(chǎn)的速度曲線，控制變頻器的輸出電壓，達(dá)到良好的制動(dòng)效果。
圖2 系統(tǒng)控制框圖
2.2 開環(huán)控制
開環(huán)控制方式分為低頻爬行，腳踏制動(dòng)和腳踏驗(yàn)繩方式。
低頻爬行方式：低頻爬行是在低頻制動(dòng)完成，達(dá)到爬行點(diǎn)速度后，低頻爬行信號(hào)輸入，低頻制動(dòng)完成，變頻器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的低頻電壓輸出。
腳踏制動(dòng)方式和腳踏驗(yàn)繩方式：在該兩種方式下，變頻器的輸出電壓都跟踏板帶動(dòng)的自整腳機(jī)輸出的信號(hào)成比例，由司機(jī)確定變頻器需要輸出的低頻電壓。
3．低頻運(yùn)行系統(tǒng)控制原理
本文所采用的Vacon變頻器，根據(jù)提升機(jī)低頻制動(dòng)的特殊要求內(nèi)置了特殊的應(yīng)用宏。該特殊應(yīng)用軟件的低頻輸出頻率可以在變頻器的面板上直接設(shè)置，輸出電壓根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行和外部信號(hào)輸入，自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出電壓。
實(shí)際運(yùn)行時(shí)，當(dāng)提升機(jī)高壓投入，根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行方向輸入正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行信號(hào)，此時(shí)變頻器根據(jù)面板設(shè)置的頻率，輸出所需的低頻頻率，低頻電壓輸出處于“等待”狀態(tài)，輸出電壓值為1V左右，同時(shí)變頻器根據(jù)模擬電壓的輸入值，實(shí)時(shí)記錄和監(jiān)視高壓電機(jī)的速度，當(dāng)高壓斷開瞬間，低頻輸出信號(hào)輸入（DIA3閉合），變頻器將根據(jù)此瞬間記錄的高壓電機(jī)速度，生成高壓電機(jī)低頻制動(dòng)到爬行速度的速度曲線，變頻器輸出端交流接觸器將再延時(shí)0.5秒左右后閉合，變頻器輸出的低頻電壓開始接入高壓電機(jī)。由于剛開始時(shí)變頻器生成的制動(dòng)曲線和電機(jī)的實(shí)際速度相差較小，變頻器輸出的電壓也較低，制動(dòng)反饋的能量也較小。同時(shí)外部的速度檢測(cè)器也將根據(jù)提升機(jī)的實(shí)際速度，逐級(jí)切除高壓電機(jī)轉(zhuǎn)子上的電阻，確保具有足夠的制動(dòng)力矩。制動(dòng)階段，變頻器將實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)視高壓電機(jī)的速度，根據(jù)所生成的制動(dòng)曲線和實(shí)際速度之間的偏差，模擬低頻發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)變頻器輸出的低頻電壓。
當(dāng)高壓電機(jī)的制動(dòng)速度達(dá)到爬行速度時(shí)，爬行信號(hào)（DIB4）輸入，變頻器將根據(jù)預(yù)先設(shè)置的爬行電壓，直接輸出爬行所需低頻電壓。
腳踏制動(dòng)和腳踏驗(yàn)繩方式時(shí)，變頻器的低頻頻率也始終保持變頻，低頻輸出電壓將根據(jù)模擬電壓輸入值的大小成比例輸出，達(dá)到所需的制動(dòng)和爬行力矩。
4．應(yīng)用及其優(yōu)點(diǎn)
本文所設(shè)計(jì)的礦井提升機(jī)低頻拖動(dòng)系統(tǒng)在山西晉城寺河煤礦的副井提升機(jī)中得到了較佳的使用效果，圖3是該提升機(jī)在上行時(shí)的低頻制動(dòng)和爬行曲線，圖4是該提升機(jī)在下行時(shí)的爬行曲線。
圖3 寺河煤礦副井提升機(jī)上行的低頻制動(dòng)和爬行曲線
由于該提升機(jī)為單繩提升機(jī)，所以在提升機(jī)下行制動(dòng)時(shí)，高壓切除，低頻電源未投入前，提升機(jī)由重物牽引自由滑行，此時(shí)提升機(jī)有少許飛速，當(dāng)?shù)皖l電壓投入后，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩迅速加大，使下行和上行一樣，均能在低頻電源投入后，提升機(jī)的制動(dòng)能完全按照預(yù)先設(shè)置的曲線的運(yùn)行，達(dá)到良好的制動(dòng)效果。
采用該低頻制動(dòng)方式后，與以前的動(dòng)力制動(dòng)和低頻發(fā)電機(jī)制動(dòng)相比，該系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1） 提升效率提高，由于制動(dòng)所需時(shí)間大為縮小，所以可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率；
圖4 寺河煤礦副井提升機(jī)下行的低頻制動(dòng)和爬行曲線
?。?） 系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，轉(zhuǎn)爬行速度平穩(wěn)。由于該變頻器的硬件為通用的變頻器硬件，同時(shí)低頻制動(dòng)投入時(shí)，變頻器的輸出電壓從1V開始，根據(jù)預(yù)先生成的曲線和實(shí)際運(yùn)行速度，緩慢提高，使低頻投入瞬間對(duì)變頻器和機(jī)械的沖擊都大為縮小，因此提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。Vacon變頻器的安全500000小時(shí)運(yùn)行，也提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全和可靠性。另外從圖3和圖4的曲線中，可以看出，其制動(dòng)曲線非常平滑，轉(zhuǎn)爬行無(wú)任何沖擊。
?。?） 維修調(diào)試方便，推廣容易。該變頻器內(nèi)置的特殊軟件是根據(jù)提升機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工礦特殊設(shè)計(jì)，因此對(duì)于不同的提升機(jī)系統(tǒng)，只需根據(jù)前述方式接線后，設(shè)置所需的參數(shù)即可。因此系統(tǒng)維修調(diào)試方便，推廣容易。
?。?） 減少了系統(tǒng)改造的成本。由于該系統(tǒng)的變頻器為通用的變頻器，因此系統(tǒng)的改造成本較低。
參考文獻(xiàn)
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（轉(zhuǎn)載）
