摘 要：相比礦用提升機(jī)采用傳統(tǒng)制動(dòng)方式存在的一些問題，以及使用普通變頻器控制礦用提升機(jī)，在啟動(dòng)和停止瞬間因輸出力矩不夠而產(chǎn)生的"溜鉤"現(xiàn)象，本文以某煤礦采用英威騰Goodrive800變頻器控制的礦用提升機(jī)為例，詳細(xì)介紹了Goodrive800控制礦井提升機(jī)在低頻啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)的優(yōu)越性以及四象限運(yùn)行在節(jié)能上的突出優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：Goodrive800 礦井提升機(jī) 四象限 矢量控制
一、引言
礦井提升機(jī)是煤礦、鐵礦、有色金屬礦生產(chǎn)過程中重要的設(shè)備。提升機(jī)的安全、可靠運(yùn)行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟(jì)效益。
變頻調(diào)速是近年來發(fā)展起來的一門新興的自動(dòng)控制技術(shù)，它利用改變被控對象的電源頻率，成功實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)大范圍的無級平滑調(diào)速，在運(yùn)行過程中能隨時(shí)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況，使電機(jī)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)均有很高的效率，節(jié)能效果明顯。采用變頻器對異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟(jì)效益顯著，所以得到廣泛應(yīng)用。
二、應(yīng)用環(huán)境分析
2.1煤礦提升機(jī)系統(tǒng)組成
礦井提升機(jī)的主要結(jié)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)、減速箱、盤形制動(dòng)器、液壓站、滾筒、鋼絲繩、深度指示器等部分組成;它采用電動(dòng)機(jī)連接減速機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒帶動(dòng)鋼絲繩從而拉動(dòng)容器在井筒中升降，完成輸送任務(wù)，減速和停車時(shí)采用液壓站配合盤形閘制動(dòng)，見下圖：
圖1提升機(jī)系統(tǒng)
圖2 提升機(jī)模型
2.2提升機(jī)負(fù)載特性
提升機(jī)應(yīng)具有大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通常超過150%的額定轉(zhuǎn)矩，若考慮超載實(shí)驗(yàn)等因素，至少應(yīng)在起動(dòng)加速過程中提供200%的額定轉(zhuǎn)矩;
由于機(jī)械制動(dòng)器的存在，為使變頻器輸出轉(zhuǎn)矩與機(jī)械制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩平滑切換，不產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象，必須充分研討變頻器啟動(dòng)信號與機(jī)械制動(dòng)器動(dòng)作信號的控制時(shí)序;
當(dāng)絞車向下運(yùn)行在減速段時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)，其能量要向電源側(cè)回饋，必須根據(jù)不同的現(xiàn)場情況研討如何處理這部分再生能量。
絞車在提升重物離開地面時(shí)瞬間負(fù)載變化劇烈，變頻器應(yīng)能對這種沖擊性負(fù)載進(jìn)行平滑控制;
由于生產(chǎn)效率的要求，提升機(jī)必須具備快速啟停提升能力，這對變頻器穩(wěn)定性提出更高要求;
三、系統(tǒng)方案
3.1 英威騰Goodrive800變頻器性能介紹
優(yōu)異的控制性能
? 可驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)機(jī)和永磁同步電機(jī);
? 提供VF、開環(huán)矢量、閉環(huán)矢量三種控制方式;
? 電機(jī)溫度檢測，實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)溫度，同時(shí)優(yōu)化控制性能;
? 控制單元、功率單元可選擇外部獨(dú)立電源供電或母線供電;
? 多機(jī)柜產(chǎn)品正負(fù)母線配置熔斷器，有效隔離故障單元，避免故障擴(kuò)大;
? 提供STO、SS1、SLS、SBC安全功能保護(hù);
豐富的產(chǎn)品類型
? 系列提供二極管、可控硅、IGBT PWM整流單元;
? 系列提供標(biāo)準(zhǔn)變頻器單元、逆變單元、LCL PWM濾波單元;
? 系列提供標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)和四象限傳動(dòng)柜式產(chǎn)品;
模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
? 模塊化設(shè)計(jì)，采用輪滑結(jié)構(gòu)，方便組裝與現(xiàn)場維護(hù);
? 控制單元與功率單元采用光纖通訊，可靠性強(qiáng);
? 單元接線方式上進(jìn)下出，滿足客戶共母線方案使用;
? 標(biāo)準(zhǔn)柜機(jī)產(chǎn)品滿足單邊維護(hù)需求;
高可靠性
? 關(guān)鍵器件采用國際知名品牌長壽命器件;
? 系統(tǒng)單元之間采用光纖通訊，實(shí)現(xiàn)光電隔離;
? 單元產(chǎn)品散熱采用軸流風(fēng)扇方案，確保但愿產(chǎn)品可靠性;
? 國際權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)TUV SUD的CE認(rèn)證測試;
? 標(biāo)準(zhǔn)柜式產(chǎn)品EMC性能滿足C3等級要求;
3.2 方案說明
a. 負(fù)載為提升機(jī)，需要四象限運(yùn)行(有源前端AFE能量回饋)，故選用標(biāo)準(zhǔn)柜式四象限變頻器GD800-26，另建議采用閉環(huán)矢量模式(需在電機(jī)側(cè)加裝編碼器，將脈沖信號引入到變頻器PG卡做閉環(huán)處理)，提高低頻力矩,提升控制精度。
b. GD800-26內(nèi)置LCL濾波單元、PWM IGBT整流單元、逆變單元及配電和控制部分，功率因數(shù)接近于1
c. GD800提供6脈波和12脈波整流連接方式，且內(nèi)置LCL濾波單元，用于PWM整流器前級濾波，保證了諧波含量滿足國標(biāo)《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》 GB/T14549—1993的要求。
3.3 控制實(shí)現(xiàn)
本方案中GD800變頻器用到多功能輸入端子S1、S2、S3、S4，多功能輸出端子R01A、RO1C、RO2A、RO2C號，模擬量輸入端子AI1，GND,模擬量輸出端子AO1，GND。其中S1號和S2號端子定義為變頻器的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)端子。S3號和S4號端子在變頻器出廠時(shí)設(shè)置為變頻急停和故障復(fù)位端子。AI1，GND端子為主控臺(tái)到變頻器的模擬量給定信號，這個(gè)信號由主令控制器通過PLC處理后送出，來控制絞車以不同的頻率運(yùn)行。AO1，GND端子為變頻器電流輸出，這個(gè)信號由變頻器送到PLC中來顯示運(yùn)行電流。多功能輸出端子R01A、RO1C、RO2A、RO2C號為兩組常開的繼電器輸出點(diǎn)(常閉可選)?？梢愿鶕?jù)客戶實(shí)際需要設(shè)置為變頻運(yùn)行輸出，或者故障輸出等功能，將此信號與系統(tǒng)的保護(hù)回路綜合起來，構(gòu)成完善安全的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)高效，安全的運(yùn)行。另外需要在電動(dòng)機(jī)測安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，將電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的脈沖信號反饋到變頻器中，變頻器設(shè)置為有感矢量控制，使控制性能得到明顯提升。
圖3 系統(tǒng)電氣接線圖
四、具體使用效果
4.1 系統(tǒng)調(diào)試
在確保主電路及控制電路接線正確的情況，系統(tǒng)開始上電調(diào)試。
調(diào)試主要包括參數(shù)自學(xué)習(xí)、空載調(diào)試及帶載調(diào)試幾個(gè)階段。
考慮到低頻轉(zhuǎn)矩問題，變頻器采取閉環(huán)矢量控制模式，故調(diào)試前需對電機(jī)參數(shù)進(jìn)行自學(xué)習(xí)。參數(shù)自學(xué)習(xí)有靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種。在負(fù)載及減速機(jī)無法脫開的情況下，需進(jìn)行靜態(tài)參數(shù)自學(xué)習(xí)。自學(xué)習(xí)前必須正確輸入電機(jī)的銘牌參數(shù)(P2.01-P2.05)，自學(xué)習(xí)后可檢測出電機(jī)的定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻以及電機(jī)的漏感。
設(shè)置直接啟動(dòng)開始頻率，1HZ可以順利提升，最小可以設(shè)置到0.5HZ;
帶載調(diào)試時(shí)，先將變頻器帶輕載在30HZ運(yùn)行，查看輸出電流、電壓、轉(zhuǎn)速是否符合要求。重載起車如果有溜車，可以加大定子電阻和空載電流，如果出現(xiàn)速度波動(dòng)，可以適當(dāng)調(diào)整矢量參數(shù)組速度環(huán)和電流環(huán)參數(shù)。最后調(diào)試效果達(dá)到客戶要求。
4.2變頻器參數(shù)設(shè)置
變頻器部分關(guān)鍵參數(shù)見表1。
表1： 部分參數(shù)設(shè)置情況表
本系統(tǒng)變頻器具有短路、過載、過壓、缺相、失速等多種保護(hù)和故障輸出功能，能有效保證系統(tǒng)安全高效的運(yùn)行。
五、客戶評價(jià)
通過煤礦長時(shí)間的運(yùn)行觀察和絞車司機(jī)的使用反饋，由Goodrive800變頻器驅(qū)動(dòng)的全變頻煤礦提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行良好，與傳統(tǒng)的交流切電阻提升機(jī)電控相比，性能可靠、操作方便、安全性高、四象限運(yùn)行回饋電網(wǎng)的電能可以迅速收回設(shè)備成本。
六、結(jié)束語
變頻調(diào)速是近年來發(fā)展起來的一門新興的自動(dòng)控制技術(shù)，它利用改變被控對象的電源頻率，成功實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)大范圍的無級平滑調(diào)速，在運(yùn)行過程中能隨時(shí)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況，使電機(jī)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)均有很高的效率，節(jié)能效果明顯。采用變頻器對異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟(jì)效益顯著，所以得到廣泛應(yīng)用，因此，應(yīng)用礦用提升機(jī)專用變頻器，對提升機(jī)原有控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，將成為歷史的必然趨勢。
（轉(zhuǎn)載）
