可控硅编码及变频电源电控系统能耗解析.pdf

2 垒堪筻送盐塑 生筮鱼期 太原煤炭设计研究院华中豪 天津民意通用电器厂纪富友 潞安矿务局王庄煤矿苏满良 摘要本文概述可控硅编码电控特征，解析能耗，表列接触器对比数据。该系统节能显 著，具有广阔应用前景。 关键词提升机可控硅编码节能 l 概述 可控硅编码电控由太原院及天津民意通用电器厂联 合研究开发，1 9 9 8 年8 月获国家专利。1 9 9 r 7 年1 0 月4 日， ，’C m 潞安矿务局王庄煤矿副斜井，2 6 M 然一2 型提升机， 1 Z n ．‘ ， m 1 3 8 一1 0 型1 8 0 k w 电动机首例试运。随后不久，永城新 庄主井双筒4 m ，2 8 0 0 k W ，徐州三河尖主井J l ∞．2 5 “Ⅱ、 2 8 0 0 k W ，兖州北宿副井双筒3 m 、4 0 0 k W 电控系统相继投 运。经不同局矿、不同类型提升机半年多运行实验，1 9 9 8 年3 月，原煤炭部科教司通过部级鉴定。主要鉴定意见 可控硅编码取代转子接触器，P L c 取代有触点继电器，减 少接点及接线，可靠性大大提高，降低设备投资有实际意 义。系统维护量小，易于操作，易于用户接受，具有广阔应 用前景。 该电控主要优点①编码采用二进制，少于接触器数 量的可控硅组，编码成多于接触器的起动级数，特性平稳， 减少机电冲击，延长设备寿命；②P L C 控制，缩短提升循环 时间，增产增效；③S 儡、P L c 及交交变频电源等，体积小， 占空小，效率高，节能显著；④静止无噪声，环境安静。 至加0 0 年8 月，该系统已在徐州张双楼、永城葛店、 华亭陈家沟、砚北主、副斜井等十多个矿井生产应用，用户 反映良好。 2 本文对节能有关问题，以某矿实例试作能耗解析 2 ．1 主要资料 年产量1 5 0 万t ，a 提升机J 删一3 ．2 5 ，4 Ⅱ 一1 0 ．5 箕斗载重1 2 t 提升高度5 9 3 m 双机拖动Y R l 0 0 0 1 0 ，1 4 3 0 ，6 k V ，1 0 0 0 k W 2 ，1 1 7 A ， 转子1 0 8 2 v ，5 6 0 A ，5 9 1 r ，曲 绳速 9 ．6 n _ l ，s 电控J l M l ，J 一赐一3 2 8 9 ，P C S ，可控硅编码起 动，眦西门子S 7 3 0 0 控制，S 勰交交 低频电源Ⅺ G 一3 0 0 L A 月2 0 V 。 2 ．2 主回路接线 见图1 r i 为各段电阻，其值由编码计算确定，用以组合各级 6 k V 图l 起动电阻R 。K 为可控硅编码开关，用以控制相应l ；的 投切。编码定义为K 导通时切除r ，编码为1 ；K 关断时接 人r ，编码为0 ；r I 的编码，取l i 的反码。 图1 中l t ．为两个预备级，玛一。四组为主加速级，按二 进制原理，可以实现n 2 ．一l 1 5 级起动。实际起动级 数，取决于用户。岛转子短路开关，保证电机自然特性可 靠运行。 6 6 4 3 Z l 那 秭 珥 玛 地 q 万方数据 缝 生筮期煤芷邀盐2 5 3 可控硅编码系统能耗计算 式中 根据提升循环中电机转子出现的最大电压、电流、适 当考虑可靠系数，可控硅元件选用普通晶闸管即一8 0 0 ， 2 0 0 0 型，主要参数见表1 。 6 M i 露△u c 砚k 呐 1 I l i l 【i 组合数，见表2 ； I i 各阶段电流，A ； △I l k S c R 压降常数，v ，A ； c o 盹各阶段功率因数； 衰l k 各阶段k i 工作时间。将示波图 略 放大，加 名称符号单位 参数备注 通态平均电流 k v A8 0 0 铭牌值 通态方均根电流 k R 堪 A1 3 0 0 有效值 断态峰值电压Ⅵ榭 V2 0 0 0 铭牌值 反向峰值电压 ％脚 V2 0 0 0 铭牌值 通态峰值电压 V k V ≤2 ．6 门极触发电压 V 矗 V ≤3 ．O 门极触发电流I G r I n A 2 5 0 通态平均电流王“ v 是S 氓铬牌值，定义为在一个周 期内的平均值。I “啪 定义为在一个周期内的方均根值， 即有效值。 k R 糙 鲁k v 1 ．5 7 k A v 实际值以厂家资料为准。 3 ．1 可控硅编码能耗 由图l 知，l i 每组为三相，每相双向2 只，三相共6 只 可控硅，仅有3 只同时导通。双机拖动，每相两组共6 只 同时工作。 表1 中，通态峰值电压V k 是S 氓导通时管压降峰 值，是k 吣 额定值的参数。电机电流是有效值，在提升循 环中各阶段互有差异，为以后计算方便，将v h 换算为单 位电流有效值压降常数 △U K 警 篙- 0 ．洲 v ，A 提升循环中，各阶段电流I i 及可控硅组合数均不相 同。I ；计算较为熟悉；加速段l i 组合数依赖于可控硅编 码，见表2 ；l i 的工作时间，有示波图时可以准确取值；无 示波图时需计算各起动级工作时间，等速、减速、爬行段， 参看图2 取值即可。 裹2 惑 kK K K玛KK 1 r c l0O0000 l l B O011l1l R 1OOl00O1 民 OO01111 1 1 5 0OO10O1 凡0O0 0l11 码 O0 00011 R 2O OO0OO1 1 1 1000 OO00 双机拖动，可控硅编码能耗表达式 E 6 I l i L △l l i c 0 畦b 6 I I i I i L △u k c 0 畦t 速段可以准确取值，等速，减速、爬行段参见图2 确定。 V W s 饥Z 。Ⅵ露力 l 123 45 678 t s 53 ．29 ．5 ∞．18 2 2 ．831 2 H ∞ 2 ．‘ 眈．7船l - l 4 l1 4 ．8 l 图2 3 ．1 ．1 起动段能耗 第1 预备级电流1 1 ，第2 预备级电流1 2 ，主加速级电 流1 3 计算 I l h k 0 ．4 5 6 0 2 2 4 A 1 2 k 1 2 。 1 ．1 5 6 0 6 1 6 A 1 3 掣1 2 。丝娑；盐u 5 6 0 8 7 9 A 各级能耗E 第1 预备级E l 0 ，全部l i 关断，n l 0 第2 预备级t 2 取自示波图电流曲线，下同。 B 6 啦霹△I l k c o l D 屯t 2 6 1 6 1 6 2 0 ．0 0 1 4 x O ．4 3 ．5 4 4 6 2 W s 主加速弘_ 8 级 马 6 写△I l k o o 如∑码t 6 8 7 9 2 O ．0 0 1 4 0 ．4 2 4 3 1 2 2 4 1 2 1 5 0 ．5 6 1 0 0 8W s 3 ．1 ．2 等速段能耗 玛短接转子电阻，电机自然特性运行，P 比将K 一。断开。 转子电流I ． 掣1 2 e 嘴x 5 6 0 3 8 l A 式中F 4 、F ’。等速段提升力，见图3 。 E 电机额定力 E 挈塑嗟磐9 5 ．8 I 【N 。c V 二一 9 ．6 7 J ’‘ 工’ 或从示波图I ．折算到转子侧 L 2 I l 詈啦 8 0 篙0 ．9 3 4 1 2 A 两者误差属工程允许范围，取较大值。 R 6 n 吃△u kc 0 嘲t 4 6 1 4 1 2 2 0 ．0 0 1 4 0 ．6 5 0 ．1 4 2 8 6 1 W s 应该指出的是，原接触器系统在等速段全部J C 均吸 合耗能。而S C R 编码P I J c 控制，很容易将K l 一。断开。控 制b ，关断K 1 一。，再次可以节能 万方数据 2 鱼堪芷遮i 土趔 生筮鱼翅 t s 图3 E D 6 6 4 1 2 2 O ．0 0 1 4 0 ．6 5 0 ．1 2 5 7 1 6 6 W s 3 ．1 ．3 减速段能耗 投入低频发电制动，对系统可以反馈电能。对K 来 说，流过制动电流仍是耗能状态。制动为三级，时间8 s ，第 一级特性的K 带电时间应减去 】町继电器延时O ．7 s 。 定子低频爬行电流 I f 塑学I k 黜x 1 1 7 8 2 ．5 A 定子低频制动电流L ，与示波图I f 的波幅成比例，求 得I z 6 3 A ，计算到转子 1 5 L 詈I l o 6 3 篙o - 9 3 3 2 5 A E 6 砖△u k c Ⅸ如∑n b 6 3 2 5 2 O ．0 0 1 4 0 ．4 4 2 ．3 2 2 5 3 1 0 0 0 8 W 8 3 ．1 ．4 爬行段能耗 K 7 短接转子电阻，低频自然特性爬行。转子侧爬行 电流 1 6 警1 2 e 黯5 6 0 3 9 5 A E 6 6 1 3 9 5 2 0 ．0 0 1 4 0 ．6 2 2 ．8 】7 9 2 9 W s 忽略停车段，提升循环可控硅编码总能耗 E K ∑E i 4 4 6 2 6 1 0 0 虫 4 2 8 6 1 1 0 0 D 8 1 7 9 2 9 1 爱晓6 8 W 8 3 ．2 可编程序控制器能耗 眦采用西门子S 7 3 0 0 系列，电源模板容量N 取 1 0 0 w ，等效负载估取5 0 ％，提升循环能耗 E D O ．5 N T 5 0 1 1 4 5 7 0 0 W ‘s 3 ．3 可控硅变频电源能耗 变频电源型号l I G 一3 0 0 ／7 2 0 爬行电流 I f 襄灿。 黯1 1 7 8 2 ．5 A 爬行电压，参考调试报告，取I l f 4 7 0 V 爬行能耗 E f 2 √3 I f l l f c o s 札，n k 3 ．4 6 4 8 2 ．5 4 7 0 O ．6 2 2 ．8 ／O ．9 5 1 9 3 4 1 5 9 W s 加速、等速、停车、休止段均处空载，取b 0 ．2 I F ，№ 5 0 0 V 空载能耗 R 2 √3 1 0 U 0 c ∞屯t 0 ，n K 3 ．4 6 4 8 2 ．5 0 ．2 5 0 0 O ．4 1 1 4 3 0 ．8 ／0 ．9 5 1 0 0 1 1 3 2 W s 减速制动处于发电制动状态，可向系统反馈电能。低 频制动电流，前已求得I z 6 3 A 。低频制动电压U z ，按调试 报告资料，q 点平均值U 3 8 0 V ，Ⅺ G 发电反馈电能 R 一2 √3 LU | c o s 电n K 一3 ．4 6 4 6 8 3 8 0 0 ．4 8 O ．9 5 一2 5 2 1 0 2 W s 变频电源总能耗E r 1 9 3 4 1 5 9 1 0 0 1 1 3 2 2 5 2 1 0 2 2 6 8 3 1 8 9 W s 为便于分析，将以上计算结果列于表4 。 4 接触器系统及低频机组能耗 有关原始资料见表3 。能耗计算属常规方法，参照可 控硅编码系统，过程从略，只将计算结果列于表4 ，便于两 者对比。 表3 名称数量型号 主要参数 2 2 0 V 。9 0 0 A 接触器1 8 J c 8 2C I l 2 9 0 吖3起动8 4 0 0 v A 。吸特1 2 0 W 时间继电器X H J 、 9 2『1 3 1 2 ，口 一2 2 0 V ，吸特1 6 W l 一8 s J 速度继电器z J 、S D J 、 7 2J ，1 3 一V 一电压型，吸特2 0 W l 一3 Ⅵ、F J 、G s I 低频机组 l嘎下一2 l 匝2 0 0 k 、值，4 2 0 V ，2 1 3 7 ．5 A 表4 循环小计循环小计 名称名称 W jk W hW jk W h 可控硅编码 1 3 国6 8 凄触器l 瑚 可编程控5 7 ∞继电器1 鳓 变频电源 2 锄} 1 国 低频机组 翌7 弱国 系统合计麓2 5 l 研O ．7 8 5系统合计3 6 黝1 ．0 0 4 吨煤能耗 O ．0 5 5 4吨煤能耗O ．唧 1 刎次 谢次 年煤能耗 9 8 1 0 0 年煤能耗 1 Z 酲勋 瑚万t 劢万t 5 结论 1 本文对可控硅编码系统的能耗进行了详细分析计 算，其结果可以看出，该电控系统比传统接触器系统节能 2 0 ％左右，具有明显的经济效益和市场推广价值。 2 煤矿早期低频机组属低效淘汰产品，比可控硅低 频一般多耗能约1 5 ％，应予更新。 3 可控硅编码设备选型，像常用电控一样，只需提供 提升机，电动机及提升系统主要资料，其余事项由生产厂 成套完成。 4 新技术都有两重性，本电控虽然技术先进，安全可 靠，效益显著，但还有不足有待提高简化编码电阻计算方 法，改进可控硅触发电路，双机拖动交替切除转子电阻，司 机台图文显示等，实践中将逐步完善。 责任编辑严民杰 万方数据