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礦用提升機變頻調速系統-改造方案
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一、概述:

  礦井提升機廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井的提升系統用作提升礦物和物料及設備等,是礦井系統設備的咽喉,在整個生產過程中,占有非常重要的地位,礦用生產是24小時連續作業,即使短時間的停機維修也會給生產帶來很大損失。因此,設備的安全可靠運行就顯的特別重要。目前的電控系統存在著很多的不足,礦用提升機的技術改造要求迫在眉睫。
   變頻調速是近年來發展起來的一門新興的自動控制技術,它利用改變被控對象的電源頻率,成功實現了交流電動機大范圍的無級平滑調速,在運行過程中能隨時根據電動機的負載情況,使電機始終處于最佳運行狀態,在整個調速范圍內均有很高的效率,節能效果明顯。采用變頻器對異步電動機進行調速控制,由于使用方便、可靠性高并且經濟效益顯著,所以得到廣泛應用。
  因此,應用礦用提升機專用變頻器,對提升機原有控制系統進行改造,將成為歷史的必然趨勢。


二、傳統提升機電控系統

1、礦用提升機電力拖動系統
  目前全國各類礦山的提升機(絞車)多采用交流繞線式異步電動機轉子串電阻調速方案,用交流接觸器進行速度段切換,這種調速方式在低同步狀態沒有制動力矩,而提升工藝要求拖動系統在低速爬行段能夠工作在制動狀態(下放重物)或電動狀態(提升重物)。
2、傳統提升機電控系統存在的不足
  擋位調節,調速不連續,運行中機械振動大,礦車沖擊大,制動不安全;
  啟動及換擋時沖擊電流大,啟動電流一般是額定電流的1.7倍,有時會更大,如果加速快,甚至會引起總開關跳閘;
  調速時大量的電能消耗在電阻上,浪費嚴重,造成工作環境惡劣,空間噪聲大;
  維修量大,不方便。由于操作時交流接觸器頻繁動作,易造成觸點及線圈的燒壞,轉子更換碳刷頻繁;
  耽誤生產。礦井是連續24小時工作,生產量大,任務繁重,由于電控系統設計落后,制造工藝落后,即使是短時間的維修,也會給生產帶來損失。

三、配有礦用提升機專用變頻器的提升機電控系統

  變頻系統甩掉了原電控調速用的交流接觸器及調速電阻,提高了系統的可靠性,改善了操作人員的工作環境,使噪音及室溫降低了很多。
調速連續方便,分段預置,連續平滑調節。
實現了低頻低壓的軟起動和軟停止,使運行更加平穩,機械沖擊小。
啟動及加速過程沖擊電流小,加速過程中最大啟動電流不超過1.3倍的額定電流,提升機在重載下從低速平穩無級平滑地升至最高速,也沒有大電流出現,大大地減小了對電網的沖擊。
增加了直流制動功能,使重車停車時更加平穩,有效避免了“溜溝”現象。
采用能耗制動、回饋制動或超級電容吸收技術,成功解決了位能負載在快速、減速或急停時的再生發電能量處理問題,保證了變頻器的安全運行。
轉矩補償達到規范要求,重車啟動正常。
    節能效果顯著。據實測,在低速段節能明顯,一般可達到30%左右。而且礦井越淺,低速段運行時間越長,節能效果越明顯。
    采用變頻控制后,原繞線式電機可改為普通電機,這不但降低了成本,普通電機比繞線式電機可節約投資1/3,而且電機維護方面,避免了轉子炭刷的燒損及維護。

3. 礦井提升機專用變頻器的特點
礦用電網波動較大,變頻器在(380V-10KV)±20% 能正常工作。
運行平穩,加減速平滑,運行速度曲線加速段、減速段為S型,在加減速過程中可做到加速度連續,無撞擊感。
對回饋能量的處理方法:
  回饋制動,帶有能量回饋單元。將制動時產生的再生 能量回饋到電網。
變頻器在整個工作過程中提供所需要的力矩特性:
啟動力矩大于2倍額定轉矩,尤其是當礦車停在井筒中間時,啟動轉矩比額定轉矩大得多。低頻轉矩在6HZ時大于1.6倍額定轉矩。
有足夠的加速力矩,適應重車提升時的加速過程。
運行過程中由于道軌不平整或滾筒偶爾出現鋼絲繩絞繩,會引起電機力矩的 跳變,變頻器能承受這種跳變。
運行過程中若出現偶然事件,要求快速停車時能給出大于額定轉矩的制動力矩,這時會有較大的能量饋送給變頻器。
停車狀態下,能給出大于額定轉矩的制動力矩,防止重車下滑。

4.變頻器技術指標
變頻器容量:90KW-400KW/380V,200KW-5000KW/6KV、10KV。
頻率范圍:2-50HZ分段予置,連續調節。
工作電壓范圍:(380V—10KV)±20%

過載能力:
160%額定電流,允許1分鐘;
220%額定電流,允許1.5秒。

轉矩特性:
啟動轉矩,大于2倍額定轉矩;
低頻轉矩,6HZ時大于1.6倍額定轉矩;
制動轉矩大于額定轉矩。

兩種制動方式:
直流制動;
回饋制動,帶有能量回饋單元,將制動時產生的再生能量回饋給電網。
除一般變頻器所具有的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等多種保護功能外,具有開機連鎖保護、自動限速保護功能等。在各種不利情況下,能夠避免事故、確保安全。
遠距離操作及顯示,能顯示多種設置參數及運行參數。
5、幾種特殊功能的實現
(1)對再生能量的處理
變頻器的主回路采用雙向逆變方案。原理示意圖如圖2所示。 
(2)直流制動的作用
提升機配用變頻器,直流制動功能對系統的安全運行起重要作用。當重車在井筒中間停車時,變頻器由高速平滑地降到低速,隨之施加一直流制動信號使絞車停止,當機械制動起作用后方可去掉直流制動信號,使重車靠機械抱閘的作用停在中間。啟動時,先對電機施加一直流制動信號,當檢測到機械抱閘打開時,方可去掉直流制動信號,加上啟動電壓,絞車轉動。機械抱閘抱緊狀態一直在變頻器檢測下,一旦機械抱閘打開,馬上給電機施加直流制動信號,確保重車不可能下滑,要絕對避免“溜勾”現象。
為了盡量減小運行過程中的機械沖擊,在變頻器啟動與停止過程中,最好做到加速度是連續的,即運行和速度曲線是平滑的,即通常所說的S形(在加速段、減速段速度曲線)加、減速曲線,見圖4。
當井下及井口停車傾角很小時(約30),這時要求絞車運行速度很低,否則會出現“松繩”現象。另外根據井筒中軌道情況,要求變頻器能以不同的頻率工作。根據現場情況,變頻器可設置5個頻率段。例如設置6HZ、15HZ、25HZ、35HZ、50HZ 5個不同的速度。主令控制器的不同位置,對應不同的直流控制電壓,也即對應不同的運行頻率。
(4)自動限速保護
當運行接近終點時,給出一個減速信號,接到減速信號后,若主令控制器已經操作減速,則變頻器按照主令控制器的操作改變運行速度。若收到減速信號后,主令控制器沒有正常操作,則自動啟動機內的自動減速程序,將變頻器的工作頻率按預定要求逐步變為低速運行。這對預防“過卷”是十分必要的。此外,絞車帶有測速發電機,當測速發電機給出超速信號時,變頻器也能自動減速。
(5)連鎖開機功能
   絞車開機必須按照給出的命令操作,當給出“上行”或“下行”命令時,若操作人員的操作與命令不符,連鎖功能對此操作不響應,變頻器不啟動,連鎖功能是保證安全運行的重要措施。

四、變頻改造后的經濟效益分析
1.變頻器在低速段運行時節能顯著,由于提升機在井口及井底時都處于低速運行,根據現場情況,一般設置升速點及減速點分別在70—100m左右,因此其低速運行段大約在140—200m,根據坡長的不同,其低速段約占30%左右,其綜合節電率約在20%左右。2. 采用變頻控制后,由于設置直流制動,在運行時油閘全敞開,減輕了原工頻控下的磨損,油閘只是作為一種輔助設施,在電機停穩后或在急停時快速抱閘用,據測算,該項損耗大大減低,每年也可節省2—3萬元。
3. 原工頻控制采用交流接觸器進行速度段切換,用調速電阻調速,而變頻控制則將其全部甩掉,不但節省了投資,也增加了可靠性,原用接觸器及調速電阻,每2—5個月即可更換一次,維修費用大,而且耽誤生產。
4. 采用回饋制動,其再生能量能回收利用,這也節約了一部分電能。
綜上所述,其綜合經濟效益是十分明顯。


 

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