变频器在煤矿提升系统中的应用研究(1).doc

变频器在煤矿提升系统中的应用研究 摘要在煤矿提升系统中，变频器作为特殊的低频电源，在保持输出频率不变的情况下，根据外部控制信号的要求和实际的运行速度，控制输出电压的大小，实现了矿井提升机高压电机减速段的平稳制动和稳定爬行。本文对变频器在我矿提升系统中的应用进行阐述。 关键词变频器 提升系统 0 引言 矿井提升电机优越的制动性能可以使提升机获得平稳、安全、可靠的制动运行状态，避免严重的机械磨损，防止较大的机械冲击，减少机械部分维修的工作量，延长提升机械的使用寿命。随着矿井提升系统自动化，改善提升系统的性能，以及提高提升设备的提升能力等的要求，对矿井交流高压电机制动的要求也越来越高。传统的矿井提升机的制动，几乎都采用动力制动或低频发电机制动的方式，动力制动方式只能解决制动问题，不能较好地解决爬行问题，低频发电机虽然可以较好地解决上述问题，其整个控制系统比较复杂，使用的设备也比较多，给系统的维护和检修带来一定的不便。普通的变频器虽然可以输出较低的频率，但其系统的建模和设计都是针对低压电机的，所以其输出频率和输出电压间始终存在一定的比例关系，因此将其直接使用在矿井提升电机的低频制动和爬行中，也将造成在刚开始低频投入时，变频器的输出电压太高，制动力矩太大，这时电机的发电状态所反馈回变频器的能量较大，如果变频器的制动电阻选择得不太恰当，也将造成变频器过压的危险，长时间使用，将导致变频器的直流桥电容烧毁，同时在较低的频率爬行时，为了兼顾制动，将导致爬行时电机的力矩较小。 为此，我矿根据矿井提升的实际使用要求，利用ABB公司的变频器技术，模拟低频发电机系统的运行方式，采用特殊的软件编程，达到了在整个制动和爬行阶段，变频器的输出频率都保持不变，根据预先设置的制动曲线和实际的运行速度，直接控制变频器的输出电压，达到了理想的制动效果。采用该特殊软件的低频系统，也能在低频爬行时输出较高的电压，并且还兼顾脚踏、验绳等功能，完全满足了矿井提升机的要求。 1 系统的控制方式 1.1 闭环控制 闭环控制应用在低频制动阶段，此时变频器的模拟输入信号为高压电机的模拟速度信号，正（或反）转信号闭合，低频电压输出信号闭合，其他信号断开。变频器将根据低频电压输出信号闭合瞬间，模拟电压输入信号的值折算为高压电机高压断开时的瞬间速度，以及预先设置的减速曲线斜率和制动时间，生成高压电机低频制动时的速度曲线，在保持频率不变的情况下，根据实际的速度反馈和生产的速度曲线，控制变频器的输出电压，达到良好的制动效果。 1.2 开环控制 开环控制方式分为低频爬行、脚踏制动和脚踏验绳方式。低频爬行方式低频爬行是在低频制动完成，达到爬行点速度后，低频爬行信号输入，低频制动完成，变频器根据预先设定的低频电压输出。脚踏制动方式和脚踏验绳方式在该两种方式下，变频器的输出电压都跟踏板带动的自整脚机输出的信号成比例，由司机确定变频器需要输出的低频电压。 2 低频运行系统控制 我矿主井提升系统所采用的ACS6000系列产品，根据提升机低频制动的特殊要求内置了特殊的应用宏。该特殊应用软件的低频输出频率可以在变频器的面板上直接设置，输出电压根据提升机的运行和外部信号输入，自动调节变频器的输出电压。实际运行时，当提升机高压投入，根据提升机的运行方向输入正、反转运行信号，此时变频器根据面板设置的频率，输出所需的低频频率，低频电压输出处于“等待”状态，同时变频器根据模拟电压的输入值，实时记录和监视高压电机的速度，当高压断开瞬间，低频输出信号输入，变频器将根据此瞬间记录的高压电机速度，生成高压电机低频制动到爬行速度的速度曲线，变频器输出端交流接触器将再延时约0.5s后闭合，变频器输出的低频电压开始接入高压电机。由于刚开始时变频器生成的制动曲线和电机的实际速度相差较小，变频器输出的电压也较低，制动反馈的能量也较小。同时外部的速度检测器也将根据提升机的实际速度，逐级切除高压电机转子上的电阻，确保具有足够的制动力矩。制动阶段，变频器将实时检测和监视高压电机的速度，根据所生成的制动曲线和实际速度之间的偏差，模拟低频发电机制动系统的运行状态，调节变频器输出的低频电压。当高压电机的制动速度达到爬行速度时，爬行信号输入，变频器将根据预先设置的爬行电压，直接输出爬行所需低频电压。脚踏制动和脚踏验绳方式时，变频器的低频频率也始终保持变频，低频输出电压将根据模拟电压输入值的大小成比例输出，达到所需的制动和爬行力矩。 3 应用效果 提升机变频操控系统的技术优势主要体现在①实现了电动机的软启动；②实现了无级平滑调速，可在静态或动态任意调整电动机转速；③运行平稳，无转差冲击；④响应迅速，便于实现集中控制和系统集成；⑤集信号处理、运行控制、电子制动、机械制动、安全保护为一体，提高了设备的整体功能；⑥操作直观简便；⑦节能率高。 我矿所采用的ABB公司的变频器在主井（ACS6000系列产品）及副井（DCS600系列产品）提升机中得到了较佳的使用效果。在提升机下行制动时，高压切除，低频电源未投入前，提升机由重物牵引自由滑行，此时提升机有少许飞速，当低频电压投入后，制动转矩迅速加大，使下行和上行一样，均能在低频电源投入后，提升机的制动能完全按照预先设置的曲线运行，达到良好的制动效果。采用该低频制动方式后，与以前的动力制动和低频发电机制动相比，具有如下优点提升效率提高，由于制动所需时间大为缩小，所以可以提高系统的运行效率；系统运行安全可靠，转爬行速度平稳；由于该变频器的硬件为通用的变频器硬件，同时低频制动投入时，变频器的输出电压从最低开始，根据预先生成的曲线和实际运行速度，缓慢提高，使低频投入瞬间对变频器和机械的冲击都大为缩小，因此提高了系统运行的可靠性。 4 结束语 因为采用变频器的提升系统制动曲线非常平滑，转爬行无任何冲击，该变频器置的特殊软件是根据提升机的实际运行工矿特殊设计，因此对于不同的提升机系统，只需根据前述方式接线后，设置所需的参数即可，维修调试非常方便，推广容易，同时减少了以后系统改造的成本，对煤矿企业的的发展有着很大的推动作用，并更好的保证了煤矿的安全生产。 参考文献 [1]刘文杰，白晓东，薛忠和.交－交变频器在矿井提升机的应用及分析.矿山机械.2001. [2]冯垛生.变频器的应用与维护[M].广州华南理工大学出版社.2002. [3]陈湘楚.矿山运输与提升设备[M].北京煤炭工业出版社.2004.